ARM Cortex-M4体系结构与外设接口实战开发

本书以cortex-m4系列的kinetis处理器为基础，从arm的基础理论知识入手，以不同的外设为基准点讲解cortex-m4系列的强大功能，主要内容涵盖cortex-m4内核简介、cortex-m4内核结构、cortex-m4汇编指令集、dsp扩展指令和fpu、cortex-m4汇编语言与c语言混合编程、系统控制和存储管理、cortex-m4的异常处理、嵌套中断向量控制器、cortex-m4调试与跟踪系统、开发环境介绍、以mc/os-ii移植例程理解cortex-m4内核编程、基于cortex-m4内核的kinetis架构介绍、kinetis系统控制模块和时钟模块、freescale kinetis开发实例等内容。

奚海蛟，男，博士后，毕业于北京航空航天大学，全国物联网协会会员。2000年开始在多个大型培训机构和高校任讲师，主讲的课程有信号与系统、通信原理、游戏客户端开发、3D数学、嵌入式移植、嵌入式驱动程序设计、ARM体系结构开发、物联网等；2009创建北京融慧广泽科技有限公司，2010年创建北京通联物网教育咨询有限公司合伙人，总经理。

第1章 Cortex-M4内核简介1
1.1 主流的ARM处理器介绍1
1.1.1 ARM体系结构的命名规则2
1.1.2 ARM Cortex应用程序处理器2
1.1.3 ARM Cortex嵌入式处理器4
1.1.4 经典ARM处理器8
1.1.5 ARM专家处理器9
1.1.6 其他ARM处理器10
1.1.7 ARM处理器的特点11
1.2 应用领域11
1.3 ARM Cortex-M4简介12
1.3.1 Cortex-M4信号处理技术13
1.3.2 ARM Cortex-M微控制器技术13
1.4 以ARM Cortex-M4为核心的处理器14
本章小结16
第2章 Cortex-M4内核结构17
2.1 Cortex-M4处理器与核心外围设备17
2.2 流水线21
2.3 Cortex-M4的总线接口23
2.4 Cortex-M4相关寄存器组28
2.4.1 寄存器28
2.4.2 异常与中断34
2.5 操作模式34
本章小结35
第3章 Cortex-M4汇编指令集37
3.1 Cortex-M4指令集37
3.1.1 ARM32和Thumb指令集37
3.1.2 Thumb-2指令集38
3.2 CMSIS标准38
3.3 ARM汇编语言基础39
3.3.1 指令的格式40
3.3.2 操作数40
3.3.3 PC与SP寄存器的使用限制40
3.3.4 灵活的第二个操作数40
3.3.5 移位运算40
3.3.6 地址对齐43
3.3.7 标号――PC相对地址表达式44
3.3.8 条件码44
3.3.9 指令宽度46
3.4 Cortex-M4处理器寻址方式47
3.4.1 立即寻址47
3.4.2 寄存器寻址48
3.4.3 寄存器间接寻址48
3.4.4 寄存器偏移寻址48
3.4.5 基址变址寻址48
3.4.6 多寄存器寻址49
3.4.7 堆栈寻址49
3.5 Cortex-M4指令集50
3.5.1 分支指令50
3.5.2 常见的数据处理指令55
3.5.3 乘除指令59
3.5.4 饱和指令61
3.5.5 扩展指令62
3.5.6 位段操作指令63
3.5.7 状态寄存器访问指令65
3.5.8 加载存储指令67
3.5.9 多寄存器加载和存储指令69
3.5.10 杂项处理指令70
3.5.11 异常生成指令72
3.5.12 协处理指令――Cortex-M4不支持的指令73
3.6 汇编实例74
本章小结75
第4章 DSP扩展指令和FPU77
4.1 简介77
4.2 DSP扩展指令77
4.2.1 乘加指令78
4.2.2 饱和指令82
4.2.3 位段指令83
4.2.4 SIMD并行加减指令85
4.2.5 杂项数据处理指令86
4.3 FPU87
4.3.1 FPU的寄存器87
4.3.2 FPU的操作模式88
4.3.3 浮点数加载存储指令88
4.3.4 浮点数寄存器传送指令89
4.3.5 浮点数数据处理指令89
本章小结91
第5章 Cortex-M4汇编与C混合编程93
5.1 ATPCS概述93
5.1.1 寄存器的使用规则94
5.1.2 数据栈使用规则94
5.1.3 参数传递规则95
5.2 内嵌汇编96
5.2.1 内嵌汇编的语法格式96
5.2.2 内嵌汇编指令的特点96
5.2.3 内嵌汇编指令注意事项98
5.2.4 内嵌汇编指令举例100
5.3 ARM中的汇编和C语言相互调用101
5.3.1 从汇编程序中访问C程序变量102
5.3.2 C程序调用汇编程序102
5.3.3 汇编程序调用C程序104
本章小结104
第6章 系统控制和存储管理105
6.1 系统控制105
6.1.1 系统控制和ID寄存器106
6.1.2 系统定时器107
6.1.3 可嵌套中断向量控制器（NVIC）108
6.1.4 内存保护系统架构（PMSAv7）109
6.2 内存映射109
6.2.1 对齐访问112
6.2.2 字节序（Endian）113
6.3 位带操作114
6.3.1 bit-band和bit-band alias区域的访问116
6.3.2 bit-banding的功能116
6.4 内存保护单元（MPU）117
6.4.1 内存保护单元（MPU）简介117
6.4.2 MPU寄存器组119
6.4.3 MPU应用示例122
本章小结123
第7章 Cortex-M4的异常处理125
7.1 异常类型125
7.2 异常的优先级127
7.3 异常向量表130
7.4 异常处理131
7.4.1 异常的进入131
7.4.2 异常中断的响应时序132
7.4.3 异常的返回133
7.4.4 中断late-arrive和tail-chaining机制133
7.5 故障类异常135
7.5.1 总线故障135
7.5.2 存储器管理故障136
7.5.3 应用故障138
7.5.4 硬故障139
本章小结139
第8章 嵌套中断向量控制器141
8.1 NVIC介绍141
8.2 NVIC工作原理142
8.3 NVIC寄存器143
8.4 中断编程实例145
本章小结151
第9章 Cortex-M4调试与跟踪系统153
9.1 嵌入式调试技术概述153
9.2 CoreSight技术介绍154
9.3 Cortex-M4调试架构155
9.4 SW-DP和SWJ-DP156
9.4.1 SWJ-DP156
9.4.2 SWJ-DP接口157
9.4.3 SWJ-DP中JTAG和SWD的选择机制157
9.5 Cortex-M4调试模式158
9.6 Cortex-M4的跟踪系统160
9.6.1 数据观察点与跟踪（DWT）161
9.6.2 仪器化跟踪宏单元（ITM）162
9.6.3 嵌入式跟踪单元ETM163
9.6.4 跟踪端口接口单元（TPIU）163
9.6.5 闪存地址重载及断点单元（FPB）164
本章小结165
第10章 开发环境介绍167
10.1 USBDM调试器167
10.2 CodeWarrior for MCU v10.2介绍168
10.2.1 CodeWarrior的功能和特点168
10.2.2 CodeWarrior安装与配置168
10.2.3 建立第一个工程169
10.3 Keil MDK介绍171
10.4 Keil ULINK仿真器173
10.5 MDK-ARM的软件开发周期174
10.6 μVisionIDE的使用174
10.6.1 μVision调试器176
10.6.2 建立第一个工程177
10.6.3 调试180
10.6.4 烧写Flash185
10.7 IAR for ARM基本介绍186
10.7.1 IAR EWARM 开发环境IDE介绍187
10.7.2 建立第一个工程188
10.7.3 调试器C-SPY191
本章小结193
第11章 以μC/OS-II移植例程理解Cortex-M4内核编程195
11.1 μC/OS-II操作系统195
11.1.1 μC/OS-II操作系统简介195
11.1.2 μC/OS-II的工作原理196
11.2 μC/OS-II在Kinetis K10开发板上的移植196
11.2.1 μC/OS-II目录结构简介196
11.2.2 移植概述197
11.2.3 移植详解198
11.3 测试μC/OS-II209
11.4 板级支持包214
本章小结214
第12章 基于Cortex-M4内核的Kinetis架构介绍215
12.1 Cortex-M4总线接口215
12.2 Cortex-M4内核同Kinetis系统架构的连接216
12.3 交叉开关218
12.3.1 交叉开关简介218
12.3.2 交叉开关的寄存器定义218
12.3.3 交叉开关功能描述219
12.3.4 Kinetis K10处理器中的交叉开关219
12.3.5 Kinetis K10处理器中的MPU220
本章小结221
第13章 Kinetis系统控制模块和时钟模块223
13.1 Kinetis的系统控制223
13.1.1 Kinetis架构223
13.1.2 核心总线224
13.1.3 交叉开关224
13.1.4 内存耦合226
13.1.5 系统访问时间228
13.2 时钟管理229
13.2.1 多时钟发生器229
13.2.2 系统振荡器235
13.2.3 实时时钟振荡器238
13.3 电源管理238
13.3.1 电源模式239
13.3.2 进入及退出电源模式240
13.3.3 电源模式转换240
13.3.4 电源模式关闭序列240
13.3.5 低功耗模式操作模块241
13.3.6 时钟门控技术244
13.3.7 时钟初始化实例244
本章小结248
第14章 Freescale Kinetis开发实例249
14.1 系统初始化框架249
14.2 GPIO257
14.3 实时时钟RTC266
14.4 通用异步收发器272
14.4.1 UART功能概述272
14.4.2 UART相关寄存器273
14.4.3 UART测试实例278
14.5 定时器287
14.5.1 定时器简介287
14.5.2 定时器测试实例288
14.6 看门狗291
14.6.1 看门狗简介291
14.6.2 测试实例293
14.7 模/数转换模块295
14.7.1 ADC功能概述295
14.7.2 ADC特殊功能寄存器296
14.7.3 ADC测试实例298
14.8 矩阵键盘300
14.8.1 键盘概述300
14.8.2 矩阵键盘测试实例302
14.9 PWM模块操作（servo9g舵机）309
14.9.1 FTM功能概述309
14.9.2 FTM特殊功能寄存器310
14.9.3 FTM控制舵机测试实例318
本章小结324
参考文献325