嵌入式技术基础与实践

本书以意法半导体（ST）的ARM Cortex-M4内核的STM32L431微控制器为蓝本、以知识要素为核心、以构件化为基础阐述嵌入式技术基础与实践，同时本书随附实践硬件系统。并且提供了电子资源，内含芯片资料、使用文档、硬件说明、源程序等，还制作了课件及微课视频。

本书以意法半导体(ST)ARM CortexM4内核的STM32L431微控制器为蓝本，以知识要素为核心，以构件化为基础阐述嵌入式技术基础与实践，同时本书随附实践硬件系统。全书共12章，第1章在运行一个嵌入式系统实例的基础上简要阐述嵌入式系统的知识体系、学习误区与学习建议； 第2章给出ARM CortexM4微处理器简介； 第3章给出MCU存储器映像、中断源与硬件最小系统； 第4章以GPIO为例给出规范的工程组织框架，阐述底层驱动的应用方法； 第5章阐述嵌入式硬件构件与底层驱动构件基本规范； 第6章给出串行通信模块及第一个带中断的实例； 第1~6章囊括了学习一个微控制器入门环节的完整要素； 第7~11章分别给出SysTick、Timer、PWM、Flash在线编程、ADC、DAC、SPI、I2C、TSC、CAN、DMA、位带操作、系统时钟、复位模块、看门狗及电源控制模块等内容； 第12章给出RTOS、嵌入式人工智能、NBIoT、4G、WiFi及WSN等应用案例。 本书提供了电子教学资源，内含芯片资料、使用文档、硬件说明、源程序等，还制作了课件及微课视频。 本书适用于高等学校嵌入式系统的教学及技术培训，也可供嵌入式系统与物联网应用技术人员作为研发参考。

王宜怀，男，1962年生，博士，苏州大学计算机科学与技术学院教授、软件工程系主任、博士生导师；苏州大学嵌入式系统与物联网研究所所长、闽江学者讲座教授；江苏省计算机学会嵌入式系统与物联网专委主任，苏州市政协常委。曾获国家精品在线开放课程、苏州大学五四青年特别感谢奖、高尚师德奖等。致力于嵌入式人工智能与物联网等方向研究与教学工作，撰写《嵌入式技术基础与实践》（1～5版）等著作十余部。

第1章概述 1．1初识嵌入式系统 1．1．1运行硬件系统 1．1．2实践体系简介 1．1．3编译、下载与运行第一个嵌入式程序 1．2嵌入式系统的定义、发展简史、分类及特点 1．2．1嵌入式系统的定义 1．2．2嵌入式系统的由来及发展简史 1．2．3嵌入式系统的分类 1．2．4嵌入式系统的特点 1．3嵌入式系统的学习困惑、知识体系及学习建议 1．3．1嵌入式系统的学习困惑 1．3．2嵌入式系统的知识体系 1．3．3基础阶段的学习建议 1．4微控制器与应用处理器简介 1．4．1MCU简介 1．4．2以MCU为核心的嵌入式测控产品的基本组成 1．4．3MAP简介 1．5嵌入式系统常用术语 1．5．1与硬件相关的术语 1．5．2与通信相关的术语 1．5．3与功能模块相关的术语 本章小结 习题 第2章ARM CortexM4微处理器 2．1ARM CortexM4微处理器简介 2．1．1ARM CortexM4微处理器内部结构概要 2．1．2ARM CortexM4微处理器的内部寄存器 2．2寻址方式与机器码获取方法 嵌入式技术基础与实践(第6版)（微课视频版） 2．2．1指令保留字简表与寻址方式 2．2．2指令的机器码 2．3基本指令分类解析 2．3．1数据传送类指令 2．3．2数据操作类指令 2．3．3跳转控制类指令 2．3．4其他指令 2．4汇编语言的基本语法 2．4．1汇编语言的格式 2．4．2常用伪指令简介 本章小结 习题 第3章存储器映像、中断源与硬件最小系统 3．1STM32L4系列MCU概述 3．1．1STM32L4系列MCU命名规则 3．1．2STM32L4存储器映像 3．1．3STM32L4中断源 3．2STM32L4芯片的引脚图与硬件最小系统 3．2．1STM32L4芯片的引脚图 3．2．2STM32L4硬件最小系统原理图 3．3由MCU构建通用嵌入式计算机 3．3．1嵌入式终端开发方式存在的问题与解决办法 3．3．2提出GEC概念的时机、GEC定义与特点 3．3．3由STM32L431芯片构成的GEC 本章小结 习题 第4章GPIO及程序框架 4．1GPIO通用基础知识 4．1．1GPIO概念 4．1．2输出引脚的基本接法 4．1．3上拉、下拉电阻与输入引脚的基本接法 4．2软件干预硬件的方法 4．2．1GPIO构件API 4．2．2GPIO构件的输出测试方法 4．3认识工程框架 4．3．1工程框架及所含文件简介 4．3．2了解机器码文件及芯片执行流程简析 4．4GPIO构件的制作过程 4．4．1端口与GPIO模块 4．4．2GPIO基本编程步骤并点亮一盏小灯 4．4．3GPIO构件的设计 4．5第一个汇编语言工程： 控制小灯闪烁 4．5．1汇编工程文件的组织 4．5．2汇编语言小灯测试工程主程序 4．6实验一熟悉实验开发环境及GPIO编程 本章小结 习题 第5章嵌入式硬件构件与底层驱动构件基本规范 5．1嵌入式硬件构件 5．1．1嵌入式硬件构件概念及其分类 5．1．2基于嵌入式硬件构件的电路原理图设计简明规则 5．2嵌入式底层驱动构件的概念与层次模型 5．2．1嵌入式底层驱动构件的概念 5．2．2嵌入式硬件构件与软件构件结合的层次模型 5．2．3嵌入式软件构件分类 5．3底层驱动构件的封装规范 5．3．1构件设计的基本思想与基本原则 5．3．2编码风格基本规范 5．3．3头文件的设计规范 5．3．4源程序文件的设计规范 5．4硬件构件及其驱动构件的复用与移植方法 5．4．1硬件构件的复用与移植 5．4．2驱动构件的移植 本章小结 习题 第6章串行通信模块及第一个中断程序结构 6．1异步串行通信的通用基础知识 6．1．1串行通信的基本概念 6．1．2RS232和RS485总线标准 6．1．3TTLUSB串口 6．1．4串行通信编程模型 6．2基于构件的串行通信编程方法 6．2．1STM32L431芯片UART对外引脚 6．2．2UART构件API 6．2．3UART构件API的发送测试方法 6．2．4printf函数的设置方法与使用 6．3UART构件的制作过程 6．3．1UART寄存器概述 6．3．2利用直接地址操作的串口发送打通程序 6．3．3UART构件设计 6．4中断机制及中断编程步骤 6．4．1关于中断的通用基础知识 6．4．2ARM CortexM4非内核模块中断编程结构 6．4．3STM32L431中断编程步骤——以串口接收中断为例 6．5实验二串口通信及中断实验 本章小结 习题 第7章定时器相关模块 7．1定时器通用基础知识 7．2STM32L431中的定时器 7．2．1ARM CortexM内核定时器SysTick 7．2．2实时时钟模块 7．2．3Timer模块的基本定时功能 7．3脉宽调制 7．3．1脉宽调制通用基础知识 7．3．2基于构件的PWM编程方法 7．3．3脉宽调制构件的制作过程 7．4输入捕捉与输出比较 7．4．1输入捕捉与输出比较通用基础知识 7．4．2基于构件的输入捕捉和输出比较编程方法 7．4．3输入捕捉和输出比较构件的制作过程 7．5实验三定时器及PWM实验 本章小结 习题 第8章Flash在线编程、ADC与DAC 8．1Flash在线编程 8．1．1Flash在线编程的通用基础知识 8．1．2基于构件的Flash在线编程方法 8．1．3Flash构件的制作过程 8．2ADC 8．2．1ADC的通用基础知识 8．2．2基于构件的ADC编程方法 8．2．3ADC构件的制作过程 8．3DAC 8．3．1DAC的通用基础知识 8．3．2基于构件的DAC编程方法 8．4实验四ADC实验 本章小结 习题 第9章SPI、I2C与TSC模块 9．1串行外设接口SPI模块 9．1．1串行外设接口SPI的通用基础知识 9．1．2基于构件的SPI通信编程方法 9．1．3SPI构件的制作过程 9．2集成电路互联总线模块 9．2．1集成电路互联总线的通用基础知识 9．2．2基于构件的I2C通信编程方法 9．2．3I2C构件的制作过程 9．3触摸感应控制器模块 9．3．1触摸感应控制器的基本原理 9．3．2基于构件的TSC编程方法 9．3．3TSC构件的制作过程 9．3．4模拟触摸感应输入功能 9．4实验五SPI通信实验 本章小结 习题 第10章CAN总线、DMA与位带操作 10．1CAN总线 10．1．1CAN总线的通用基础知识 10．1．2基于构件的CAN编程方法 10．1．3CAN构件的制作过程 10．2DMA 10．2．1DMA的通用基础知识 10．2．2基于构件的DMA编程方法 10．2．3DMA构件的制作过程 10．3位带操作 10．3．1位带操作的基本含义 10．3．2使用位带操作的缘由及编程方法 本章小结 习题 第11章系统时钟与其他功能模块 11．1时钟系统 11．1．1时钟系统概述 11．1．2时钟模块寄存器及编程实例 11．2复位模块与看门狗模块 11．2．1复位模块 11．2．2看门狗 11．3电源控制模块与CRC校验模块 11．3．1电源控制模块 11．3．2校验模块 11．4实验六综合实验 本章小结 习题 第12章应用案例 12．1嵌入式系统的稳定性问题 12．2外接传感器及执行部件的编程方法 12．2．1开关量输出类驱动构件 12．2．2开关量输入类驱动构件 12．2．3声音与加速度传感器驱动构件 12．3实时操作系统的简明实例 12．3．1无操作系统与实时操作系统 12．3．2RTOS中的常用基本概念 12．3．3线程的三要素、4种状态及3种基本形式 12．3．4RTOS下的编程实例 12．4嵌入式人工智能的简明实例 12．4．1EORS简介 12．4．2AHLEORS的数据采集与训练过程 12．4．3在通用嵌入式计算机GEC上进行的推理过程 12．5NBIoT的应用简介 12．5．1NBIoT应用架构 12．5．2AHLNBIoT开发套件简介 12．5．3NBIoT的数据传输 12．64G、Cat1、WiFi及WSN的应用 12．6．14G通信 12．6．2Cat1通信 12．6．3WiFi通信 12．6．4WSN 12．6．5WiFi 与WSN相结合系统 参考文献