嵌入式系統設計教案TOC\o"1-5"\h\z課程總學時： 32講課學時： 24實驗學時： 8授課人： 楊詞慧南昌航空大學信息工程學院II/39目錄嵌入式系統概述1TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"嵌入式系統的基本概念 1\o"CurrentDocument"嵌入式系統的發展歷史 2\o"CurrentDocument"嵌入式系統的體系結構 2\o"CurrentDocument"嵌入式處理器 3\o"CurrentDocument"嵌入式操作系統 4\o"CurrentDocument"嵌入式系統的應用及發展趨勢 72ARM體系結構7ARM設計思想7\o"CurrentDocument"ARM體系結構分析 8\o"CurrentDocument"ARM 處理器系列 10\o"CurrentDocument"ARM 處理器模式 15\o"CurrentDocument"ARM體系的異常處理 16ARM 內部寄存器 18ARM體系的存儲系統 19\o"CurrentDocument"3ARM指令系統及程序設計基礎 20ARM尋址方式20ARM指令集23Thumb指令集323.4343.534嵌入式系統設計與開發過程 344STM32微控制器35TM32微控制器的性能指標 36/39;設置所有標志位(9)異常/中斷指令(續)SWISWI{<cond>}<24位立即數>產生SWI異常中斷，以實現在用戶模式下調用操作系統的監控功能程序 。它將處理器置于管理(SVC)模式。例如：SWI0x01 ；調用編號為01的系統例程BKPTBKPT<16位立即數>產生軟件斷點中斷，可用于程序調試。例如BKPT0xF010(10)協處理器指令CDPCDP{<cond>}<CP#>,<Cop1>,CRd,CRn,CRm{,<Cop2>}編號為CP#的協處理器接受指令并執行。 具體操作由Cop1和Cop2定義，CRn和CRm為源操作數，結果CRd。例如：CDPP6,2,C5,C10,C3,16;激活協處理器P6的操作，操作碼1和操作碼2值分另為2和16,目標寄存器為C5,源操作數寄存器為C10和C3MRC和MRCMRC|MCR{<cond>}<CP#>,<Cop1>,CRd,CRn,CRm{,<Cop2>}在ARM與協處理器寄存器間傳送數據。MRC:ARM寄存器協處理器寄存器MCR:協處理器寄存器 ARM寄存器例如：MCRP3,3,R0,C4,C5,6;ARM處理器R0協處理器P3的寄存器C4和C5LDC和STC在協處理器寄存器與存儲器間傳送數據LDC:協處理器寄存器 存儲器STC:存儲器協處理器寄存器前變址格式LDC|STC{<cond>}{L}<CP#>,CRd,[Rn,<offset>]{!}后變址格式LDC|STC{<cond>}{L}<CP#>,CRd,Rn,<offset>3.3Thumb指令集

是ARM指令集壓縮形式的子集，所有Thumb指令均有對應的ARM指令。采用16位二進制編碼，代碼密度小。執行Thumb指令時，先動態解壓縮，然后作為標準的 ARM指令執行。如何區分指令流取決于CPSR的位To大多Thumb數據處理指令采用2地址格式。移位操作變成單獨指令。沒有協處理器指令、單寄存器交換指令、乘加指令、 64位乘法指令及程序寄存器處理指令。僅分支指令B有條件執行功能。3132-bitARM指令32-bitARM指令ADDSr2,r27#l16-bitThumb指令16-bitThumb指令Thumb狀態切換ARM狀態進入Thumb狀態執行帶狀態切換的轉移指令BX。例如:BXR0;若R0最低位為1,則轉Thumb狀態- 1URnARM/Thumb選擇一0-ARM狀變1*Thi*nb狀左Thumb模式。異常返回。通常用于返回到進入異常前所執行的指令流，而不是特地用于切換到適用于異常前執行的是ThumbThumb模式。Thumb狀態進入ARM狀態執行BX指令。利用異常進入ARM指令流。⑶Thumb指令寄存器的使用對R0~R7具有全部訪問權限。R8~R12的訪問受到限制，只能通過 MOV、ADD和CMP訪問。在每一種特權模式下都有一組 SP、LR和SPSR,分別對應ARM狀態的R13、R14和R15。Thumb指令與ARM指令的相似點Load/Store結構。支持8位字節、16位半字和32位字數據類型。半字以2字節邊界對準，字以4字節邊界對準。Thumb指令與ARM指令差異點跳轉指令：條件跳轉在范圍上有更多的限制，轉向子程序只具有無條件轉移。數據處理指令：對通用寄存器進行操作，操作結果需放入其中一個操作數寄存器。因此，許多Thumb指令采用2地址格式，ARM數據處理指令大多采用3地址格式。單寄存器加載和存儲指令：只能訪問 R0~R7oPUSH和POP指令使用堆棧指針R13作為基址實現滿遞減堆棧，除 R0~R7外，PUSH指令還可存儲R14,POP指令可加載程序指令PC。大多數Thumb指令是無條件執行的，所有ARM指令都是條件執行的。由于采用高密度編碼，Thumb指令格式沒有ARM指令格式規則。Thumb分支指令a)B指令 目標為Thumb代碼B〈條件碼><Label>15 1211 87 II|條件碼| 8位偏移量偏移量左移1位B指令是Thumb指令集中唯一可條件執行的指令。PC=PC+(SignExtend(signed_immed_8)<<1)B<Label>15 1111)01110011位偏移量嵌入式系統設計與開發過程(1)嵌入式軟件開發的特點需要交叉開發環境交叉開發環境：實現編譯、鏈接和調試應用程序代碼的環境，它分散在有通信連接的宿主機與目標環境之中。宿主機(Host)是一臺通用計算機，一般是PC機。目標機(Target)可以是嵌入式應用軟件的實際運行環境， 也可以是能替代實際環境的仿真系統。交叉軟件開發工具包括：交叉編譯器、交叉調試器和模擬軟件等。引入任務設計方法嵌入式應用系統以任務為基本執行單元用多個并發的任務代替通用軟件的多個模塊需要固化程序軟件開發難度大實時性。穩定性、可靠性、抗干擾性。軟硬件平臺的選擇選擇處理器需考慮的因素處理性能技術指標、功耗軟件支持工具、是否內置調試工具供應商是否提供評估板軟件平臺的選擇操作系統。開發工具，與硬件接口難度，內存，是否提供硬件驅動程序，可裁剪性、實時性等編程語言。通用性、可移植性、執行效率、可維護性等集成開發環境嵌入式系統設計與開發流程需求分析體系結構設計硬件的設計、制作及測試軟件的設計、實現及測試系統集成系統性能測試及可靠性測試4STM32微控制器教學目的：使學生對STM32的性能指標、硬件結構有一定的了解。教學重點： STM32 的硬件結構。教學難點： STM32 的硬件結構。教學方法與教學手段：課堂講授，多媒體教學。教學時間： 4課時。教學內容STM32微控制器的性能指標STM32F103的主要功能ARMCortex-M3核最高主頻72MHz512kBFlash、64kBRAM個USB、1個CAN、5個USART、3個SPI、2個I2C、2個I2S、1個SDIO、112個GPIO個ADC、2個DAC、8個定時器FSMC總線(支持 NOR，NAND，SRAM)通道DMA控制器Serialwiredebug(SWD)、JTAG接口啟動：用戶Flash、系統存儲器、SRAMJC-STM32CB核心板核心芯片：STSTM32F103ZET68MNORFlash：SST39VF6401，16bit128MNANDFlash：K9F1G08U0C，8bit8MHzCPU晶振，32768HzRTC晶振1個10M/100M以太網接口1路音頻輸出和1路音頻輸入1個10-pinJTAG調試接口1個4-pinSWD串行調試接口Reset按鈕、自定義LED,電源LED1個精密可調電阻連接到片內ADC輸入使用CPLD擴展IO口及地址譯碼，型號 EPM240T100C5N板載10/100M網卡控制器，型號 DM9000AEP，16bit總線接口>DDJ'g2HLPAUPAUPA1IFA1-3y09876n

第4pcpcMvm--JIFklLlp54_Bfi,li1o5432Js?F€<J43?211D1111y01111CGCJeXJ-RGR。口cssn。口□uDBEE-gVP4冊熱色FMP>￡pPVYPrppwpppfp&T&4-4@庭109田761尊緊后210￥87由寫-^3值laasBrB匕4a/(X口BecwOGdQoi痛解s歲童安平削0界事業&ssafi?777_777yLQFP144a+<4-345&<±0-a1/*■-45trM/OJotGa34-5Ta3454D7B011I1T11I1I￡2乙222312aa!%ST*%量FE2CPE3rPE4匚PE5CPEE匚PFO匚PF1tPF3PF4Ff5E踽費D■收E寸融/E，50eZmy51科.5.l中