嵌入式微处理器原理与应用(第3章)——基于ARM Cortex-M3微控制器(STM32系列)
《嵌入式系统原理和应用》教学大纲
《嵌入式系统原理与应用》教学大纲一、课程基本信息二、课程性质、地位和任务嵌入式系统原理与应用是计算机科学技术专业的一门专业课，讲述嵌入式系统的基本理论、原理。
本课程是一门既与硬件关系紧密，又与嵌入式操作系统、嵌入式软件关系十分紧密课程。
它围绕目前流行的32位ARM处理器和源码开放的Linux操作系统，讲述嵌入式系统的概念，软、硬件组成，开发过程以及嵌入式应用程序开发设计方法。
本课程的知识将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。
三、课程基本要求通过对基于ARM嵌入式芯片的系统的基本组织结构与工作原理的学习，使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解，对嵌入式软件的开发过程有一个清楚的认识，通过对嵌入式操作系统的工作原理的学习，使学生对嵌入式操作系统有一个清晰的认识，提高学生在嵌入式软件设计设计能力及解决实际问题的动手能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
四、课程内容第一章嵌入式系统导论教学内容：1.1嵌入式系统概述1.2嵌入式系统的实时性与可靠性1.3嵌入式系统的应用领域和发展趋势教学目的：掌握嵌入式系统的特点、与通用计算机系统的区别、影响嵌入式系统实时性和可靠性的主要因素、了解嵌入式系统的发展趋势教学重点：嵌入式系统的特点、与通用计算机系统的区别、影响嵌入式系统实时性和可靠性的主要因素教学难点：影响嵌入式系统实时性和可靠性的主要因素教学方法：课堂讲授为主，布置部分作业，在讲解时多举一些嵌入式系统的应用实例，使学生对嵌入式系统有更好的认识与理解。
第二章嵌入式硬件系统教学内容：2.1嵌入式微处理器概述2.2嵌入式微处理器内核原理和指令系统教学目的：掌握嵌入式系统的硬件的基本组成、了解嵌入式微处理器的基本组成和运行模式、基本了解ARM芯片的指令系统教学重点：嵌入式系统的基本组成、CISC与RISC指令系统的对比、嵌入式微处理器的特点、嵌入式微处理器的体系结构、嵌入式微处理器的分类、AMBA总线、PCI总线、ARM指令系统教学难点：嵌入式微处理器的体系结构、ARM指令系统教学方法：课堂讲授为主，结合课堂练习为辅，布置部分作业。
嵌入式系统原理与应用习题答案
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----WangYiwei由于我正在学习“嵌入式系统原理与应用——基于ARM微处理器和Linux操作系统”这门课程，网络上找不到课后习题答案。
因此本人通过认真地做习题，不懂百度，查阅相关书籍等途径，整理了一份答案，可供各位参考。
注意：答案并不一定完全正确，有异议的答案欢迎提出来大家一起探讨。
练习题P141.选择题（1）A说明：嵌入式系统的发展趋势表现在以下几方面：1.产品种类不断丰富，应用范围不断普及2.产品性能不断提高3.产品功耗不断降低，体积不断缩小4.网络化、智能化程度不断提高5.软件成为影响价格的主要因素（2）D说明：常见的嵌入式操作系统: VxWorks，Windows CE、uC/OS-II和嵌入式Linux。
（3）A说明：VxWorks是美国WindRiver公司于1983年开发的一种32位嵌入式实时操作系统。
2.填空题(1)嵌入式计算机(2)微处理器外围电路外部设备(3)板级支持包实时操作系统应用编程接口应用程序(4)嵌入式处理器微控制器数字信号处理器3.简答题（1）简述嵌入式系统的定义和特点答：定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。
特点：专用性强、实时性好、可裁剪性好、可靠性高和功耗低等。
（2）简述计算机系统的发展历程第一阶段大致在20世纪70年代前后，可以看成是嵌入式系统的萌芽阶段；第二阶段是以嵌入式微处理器为基础，以简单操作系统为核心的嵌入式系统；第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统，也是嵌入式应用开始普及的阶段；第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统，这是一个正在迅速发展的阶段。
（3）简述MCU和DSP的区别MCU是微控制器，DSP是数字信号处理器。
MCU相当于小型的电脑，内部集成的CPU、ROM、RAM、I/O总线，所以集成度高是它的特点。
Cortex-M3微控制器概述(共41张)
嵌入式操作系统支持(zhīchí)
第38页，共41页。
使用GNU工具链开始(kāishǐ)Cortex-M3开发
第39页，共41页。
KEIL RealView Microcontroller Development Kit（RVMDK）
RVMDK的前身就是曾一度在8051开发(kāifā)业界享有盛誉的KEIL套件。RVMDK包含了很 丰盛的组件：
uVision 集成开发环境 调试器 模拟器 由ARM提供的RealView工具链
C/C++编译器
汇编器
连接器
RTX实时内核 为各单片机而设的详细启动代码（包含源代码） 各种Flash的编程算法
程序示例
第40页，共41页。
在RVMDK中附带了很多示例程序，包括Luminary Micro的 Stellaris系列的单片机产品，也包括了ST的STM32系列的单片机产品。 这些示例都使用了厂家提供的驱动程序库（固件库）。使用固件库可以 免去写代码操作(cāozuò)外设寄存器的任务。很容易通过修改示例程序来 开发自己的应用程序，也可以自己从头设计工程，再摘抄一部分示例程 序的代码。
第29页，共41页。
低功耗与高能效
首先，在节能模式上，它提供了睡眠模式和深度睡眠模式。芯 片以及整个系统在设计时通过与内核的节能模式相呼应，就可 以根据应用的要求，在空闲时降低功耗。第二，它精练的设计 使得门数很低，并且在工作状态下电路的活动更少，所以CM3 自己也是“身先士卒”地以身作则(yǐ shēn zuò zé)了。而且，由于 CM3的程序代码密度高，程序容量也可以变得更少；同时，再 加上它强大的性能减少了程序执行时间，使得系统能以最快的 速度回到睡眠中，以削低对能源的用量。综上所述，CortexM3的能效要高于大多的8位或16位单片机。
Cortex-M3 权威指南
Cortex-M3权威指南J oseph Yiu 著宋岩 译译序我接触ARM的历史约4年，早期是很欣赏这类处理器，到了后来切身使用它们的机会越来越多，慢慢地有了感觉，也更加喜欢了。
在偶然听说Cortex‐M3后，我就冥冥地感到它不寻常。
只是因为其它工作一直没有去了解它，直到今年初才进一步学习，很快就觉得相知恨晚。
当时只能看ARM官方的重量级资料，在看到这本书的英文原稿后，更感觉被电到了一样，于是突然有了把它翻译成中文的冲动。
经过累计约150个小时的奋战，终于有了此译稿。
在翻译过程中，我始终采用下列指导思想：1.尽量使用短句，并且把句子口语化。
我认为高深的道理不一定要用高级的语法句型才能表达。
想想看，即使是几位博士互相聊天讨论一个课题，也还是使用口语吧，而且火花往往就是在这种讨论中产生呢！2.多用修辞方法，并且常常引用表现力强的词汇——甚至包括网络用语和脍炙人口的歌词。
另外，有时会加工句子，使得风格像是对话。
这样做的目的是整个文风更鲜活——有点像为写出高分作文而努力的样子。
这点可能与很多学术著作的“严肃、平实”文风不同，也是一次大胆的尝试。
还希望读者不吝给予反馈。
3.在“宏观”上直译，在“微观”上意译。
英语不仅单一句子的语法和汉语不同，并且句子的连贯方式也与汉语不同。
因此在十几个到几十个单词的范围内，我先把它们翻译成脑子里的“中间语言”，再把中间语言翻译成汉语。
这样，就最大地避免了贻笑大方的“英式汉语”。
4.有些术语名词不方便翻译成汉语，或者目前的翻译方式不统一，或者与其它术语翻译的结果很接近，如error和fault，就只能用英语意会。
此时我就保留英文单词，相信这样比硬生生地翻译成汉语还好。
这些词汇主要是:retarget, fault, region等。
另外，英文中有一个很能精练表达“两者都”意思的单词及其用法：”both”，我也常常保留之。
5.图表对颜色的使用比较丰满，尤其是比较大型的插图，相信这样能帮助读者分析和理解。
《嵌入式技术》课程标准
《嵌入式技术》课程标准一、课程说明二、课程定位本课程是应用电子技术专业无人机应用技术方向的核心课程、专业必修课程。
先修课程是电子技术基础、单片机原理及应用等课程，后续课程无人机飞行训练、无人机操控。
本课程通过项目式任务驱动方式，采取一体化教学方法，培养学生从事嵌入式技术生产、调试、维护的能力、具备上岗的基本综合专业能力以及可持续发展的社会能力。
三、设计思路本课程是应用电子技术专业无人机应用技术方向的核心课程，是一门实践性强的理论结合实践的课程，要求学生学习本课程之前掌握电子技术、单片机理论知识，且有一定的动手能力即理论联系实践解决实际问题的能力。
本课程的学习按照工学结合的学习模式，以任务为载体，贯彻“做、学、教”的一体化项目教学模式的指导思想，运用项目教学法编制教学项目，使学生“一教就懂，一学就会，一做就成”，符合高职学生的知识水平、能力水平以及职业岗位的需求，充分运用互联网+教育信息化，在网络中开设网络课程及MOOC，为学习后续课程及从事无人机行业打下良好基础。
四、课程培养目标1．专业能力（1）掌握嵌入式系统中硬件层、硬件抽象层、系统软件、应用软件层；312（2）掌握嵌入式开发流程、开发模式；（3）了解嵌入式系统的特点、发展趋势；（4）掌握嵌入式系统的学习方法，了解软件的下载、安装、编程、调试的能力，具备基本项目一定开发的能力。
2．方法能力（1）通过该门课程的学习，掌握嵌入式技术发展的技术，关注嵌入式技术的应用，思考实际应用，解决实际问题的能力，培养终生学习的能力；（2）具备参阅其它电子书籍的能力，具备较强的信息搜索能力；（3）良好的工作协调能力；（4）提高学习兴趣，掌握举一反三的学习方法。
3.社会能力（1）通过课程学习培养学生的信息意识和能力，提高专业实践能力；培养学生的信息意识和信息素养；（2）具有较强的事业心和责任感，具有良好的心理素质和身体素质。
具有理论联系实际的良好学风，具有发现问题、分析问题和解决问题的能力，以及理论联系实际的能力；（3）通过学习养成积极思考问题、自主学习和解决问题的习惯和能力；具备团队协作能力，吃苦耐劳、诚实守信的优秀品质；（4）通过学习学会收集、分析、整理参考资料的技能，培养对新技术信息的掌握能力；（5）爱岗敬业的职业态度与职业责任心。
arm cortex-m3全可编程soc原理
arm cortex-m3全可编程soc原理如下：
1.架构：Cortex-M3 核心是基于ARMv7-M 架构，这是一个针对
嵌入式应用程序优化的架构。
它包含一个ARM 指令集、一个
ARM 连接至程序的接口以及一些特定于嵌入式应用的扩展。
2.核心功能：Cortex-M3 核心具有高性能、低功耗和低成本的特
点。
它包含一个32 位RISC 处理器，具有一个三级流水线。
核心还包含一个嵌套向量中断控制器，允许高效的异常和中断
处理。
3.可编程性：Cortex-M3 是完全可编程的。
这意味着硬件和软件
都可以通过编程来定制。
ARM 的微控制器工具链（如Keil 或
IAR）可用于编译和调试代码，以适应特定的应用需求。
4.系统集成：SoC 是一种将多个硬件组件集成到一个单一芯片上
的技术。
在Cortex-M3 中，这些组件可能包括内存、通信接口、
ADC、DAC 等。
通过将所有这些组件集成到单个芯片上，可以
降低系统成本、减小体积并提高可靠性。
5.低功耗：Cortex-M3 被设计为低功耗微控制器，适用于电池供
电的应用。
它具有多种低功耗模式，可以在不使用时降低功耗。
6.安全性：Cortex-M3 提供了多种安全特性，如内存保护单元
（MPU）和安全区域（Secure Zone），以保护敏感数据和代码。
《ARM 白皮书—Cortex-M3 处理器简介》
I
ARM 白皮书
第一章 简介
第1章 简介
基于ARM嵌入式处理器的片上系统解决方案可应用于企业应用、汽车系统，家庭网络 和无线技术等市场领域。ARM CortexTM系列提供了一个标准的体系结构来满足以上各种技 术的不同性能要求，其包含的处理器基于ARMv7 架构的三个分工明确的部分。A部分面向 复杂的尖端应用程序，用于运行开放式的复杂操作系统；R部分针对实时系统；M部分为成 本控制和微控制器应用提供优化。Cortex-M3 是首款基于ARMv7-M架构的处理器，是专门 为了在微控制器，汽车车身系统，工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应 用领域实现高系统性能而设计的，它大大简化了可编程的复杂性，使ARM架构成为各种应 用方案（即使是最简单的方案）的上佳选择。
1.3 针对敏感市场降低成本和功耗
成本是采用高性能微控制器永恒的屏障。由于先进的制造工艺相当昂贵，只有降低芯片 的尺寸才有可能从本质上降低成本。为了减小系统区域，Cortex-M3 处理器采用了至今为止 最小的 ARM 内核，该内核的核心部分（0.18um G）的门数仅为 33000 个，它把紧密相连的
cortex-m3第三章
STM32F10x
框 图
多种封装形式
Cortex-M3系列微处理器的主要特点如下：
处理模式和线程模式。 ISR 的低延迟进入和退出。 可中断-可继续的LDM/STM，PUSH/POP。 ARMv6类型BE8/LE支持。 ARMv6 非对齐访问。
STM32的主要优势
1、具业界领先架构的Cortex-M3内核
系统结构图：
互联型产品的系统结构
AHB/APB桥(APB)
两个桥在AHB和APB总线间提供同步连接。 APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速(最高 72MHz)。 在每一次复位以后，所有除SRAM和FLITF以外的外设都 被关闭，在使用一个外设之前，必须设置寄存器 RCC_AHBENR来打开该外设的时钟。
等待周期体现了系统时钟(SYSCLK)频率与闪存访 问时间的关系：
0等待周期，当 0 < SYSCLK < 24MHz 1等待周期，当 24MHz < SYSCLK ≤ 48MHz 2等待周期，当 48MHz < SYSCLK ≤ 72MHz
半周期配置不能与使用了预分频器的AHB一起使用， 时钟系统应该等于HCLK时钟。该特性只能用在时 钟频率为8MHz或低于8MHz时，可以直接使用的 内部RC振荡器(HSI)，或者是主振荡器(HSE)，但 不能用PLL。
USB开发工具集 USB开发工具集提供了完整的，经过验证的固件包， 使得用户可以顺利地开发各个类的USB固件，其中包 括： 用于普通的设备管理任务的控制传输 中断传输，附带人机界面类(HID)鼠标/游戏杆例 程 批量传输，附带大规模存储(mass storage)例程 同步传输，附带扬声器/麦克风例程