嵌入式系统设计与实例开发
基于STM32的嵌入式系统设计与实践
第4章嵌入式系统设 计基础
第5章 GPIO端口与 外部中断
第6章 STM32定时器 /计数器
第7章 USART串口通 信技术
4.1 C语言的基本应用 4.2 STM32基础知识储备
5.1 STM32的GPIO端口 5.2外部中断/事件控制器 5.3 GPIO与外部中断控制实践
6.1 STM32定时器/计数器概述 6.2定时器库函数及其应用 6.3定时器系统设计与实践
7.1通信的基本概念详解 7.2 USART串口通信概述 7.3串口通信编程应用实例
第8章数据的转 换与读/写访问
第9章总线接口 与通信技术
8.1 FSMC模块应用解析 8.2 ADC的编程应用 8.3 DAC的编程应用 8.4 DMA数据访问与传输 8.5嵌入式FLASH的读/写操作
9.1 I2C总线的设计与使用 9.2 SPI串行外设接口技术 9.3 CAN总线的编程与使用 9.4 SDIO接口编程应用解析
目录分析
第2章 STM32标准 库函数
第1章嵌入式系统 与STM32微控制器
第3章 STM32开发 工具概述
1.1嵌入式系统 1.2 STM32微控制器 1.3 STM32寄存器简介
2.1库函数开发概述 2.2库文件及其层次关系
3.1多种多样的开发工具 3.2 Keil MDK的安装与使用 3.3 STM32的程序下载
精彩摘录
这是《基于STM32的嵌入式系统设计与实践》的读书笔记模板，可以替换为自己的精彩例 10.2摄像头应用设计实例 10.3音乐播放器设计实例 10.4无线通信设计实例
作者介绍
这是《基于STM32的嵌入式系统设计与实践》的读书笔记模板，暂无该书作者的介绍。
读书笔记
S3C44B0X的嵌入式系统应用开发
UART、I2C、SPI接口
S3C44B0X提供了多种通信接口，如UART、I2C、SPI接口，方便与其他设备进行通信。
LCD控制器和触摸屏接口
S3C44B0X内置LCD控制器和触摸屏接口，支持多种显示设备。
电源和时钟
1.8V和3.3V电源
S3C44B0X支持1.8V和3.3V两种电源电压。
内置时钟发生器
中断和异常处理
中断控制器
S3C44B0X内置中断控制器，支持多种中断 源，如定时器、串口等。
中断处理程序
编写合理的中断处理程序，快速响应中断事 件，提高系统实时性。
异常处理
对异常事件进行分类处理，确保系统稳定性 和可靠性。
功耗管理
1 2
低功耗模式
S3C44B0X支持多种低功耗模式，如休眠、待机 等，以降低系统功耗。
嵌入式操作系统
实时操作系统（RTOS）
如FreeRTOS或ThreadX，提供实时任务调度、内存管理、中断处 理等功能。
Linux
适用于资源丰富的嵌入式系统，提供完整的操作系统功能。
μC/OS-II/III
轻量级的实时操作系统，适用于资源有限的嵌入式系统。
引导加载程序
U-Boot
开源的引导加载程序，支持多种处理器架构和硬件平台。
s3c44b0x的嵌入式系统应用开发
目录
• S3C44B0X硬件概述 • 嵌入式系统开发环境 • 系统设计和优化 • 应用实例 • 常见问题和解决方案
01
S3C44B0X硬件概述
处理器特性
ARM7TDMI内核
01
S3C44B0X采用ARM7TDMI内核，具有高性能、低功耗的特点。
32位R内存地址的读写操作，如果地址不正确或者访问权限不正确，可能会导致系统崩溃或 者数据错误。解决内存访问问题需要仔细检查代码中的内存地址和访问权限，确保所有的读写操作都是正确的。
嵌入式系统课程教学大纲
课程编号：“嵌入式系统设计”课程教学大纲Embeded System Design Course Outline50学时 3学分一、课程的性质、目的及任务嵌入式系统设计是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程。
随着后PC时代的到来，以高速度、高可靠、低功耗为特征的嵌入式系统的应用日益广泛和深入，嵌入式系统设计在计算机科学与技术专业课程体系中的地位愈发重要。
通过本课程的学习，掌握嵌入式系统的组成和基本原理、ARM体系结构特点、嵌入式系统设计的一般原理及方法、以及嵌入式操作系统的基本原理及应用等。
二、适用专业——计算机科学与技术三、先修课程——计算机组成原理、微型计算机技术、汇编语言、C语言程序设计四、课程的基本要求通过本课程的学习，学生应能达到下列要求：1.掌握嵌入式系统的概念、体系结构、系统组成及设计方法；2.掌握ARM7的微处理器结构和指令系统以及嵌入式系统的分析与设计方法，了解嵌入式操作系统和嵌入式网络技术；3.掌握以S3C44B0系列嵌入式微处理器的硬件资源、指令系统，并以它为核心，能够进行实际系统的设计与分析；4.通过实例学习，重点掌握嵌入式系统的应用开发。
五、课程的教学内容(一)课堂讲授的教学内容0．绪论嵌入式系统开发基础（基本概念、组成结构、硬件组成、操作系统、应用软件开发、嵌入式系统开发流程）1．ARM体系结构及汇编指令集ARM技术概述；ARM处理模式和状态、ARM存储器组织、ARM异常中断；ARM寻址方式；ARM指令集、Thumb 指令集、ARM汇编程序规范、ARM汇编程序特点2．基于ARM的嵌入式系统程序设计基础ARM汇编语言程序设计、嵌入式C语言程序设计及技巧、C语言与汇编语言混合编程、基于ARM的软件开发环境3．基于ARM核微处理器S3C44B0X的扩展接口技术S3C44B0X微处理器及其硬件开发平台、基于S3C44B0X的嵌入式系统体系结构；存储器扩展接口、UART异步串行接口、USB设备接口、通用I/O口应用、A/D和D/A接口应用。
五、ucos-II的移植-智能嵌入技术开发与实践-佟国香-清华大学出版社
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Intel/AMD 80186 Motorola 68HC11
\SOFTWARE\uCOS-II\Ix86S \OS_CPU.H \OS_CPU_A.ASM \OS_CPU_C.C \SOFTWARE\uCOS-II\Ix86L \OS_CPU.H \OS_CPU_A.ASM \OS_CPU_C.C \SOFTWARE\uCOS-II\68HC11 \OS_CPU.H \OS_CPU_A.ASM \OS_CPU_C.C
➢ uC/OS-II的全部源代码量大约是6000－7000行，一共有15 个文件。将 uC/OS-II 移植到ARM处理器上，需要完成的工 作也非常简单，只需要修改三个和ARM体系结构相关的文件 ，代码量大约是500行。
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移植工作
如果处理器和编译器满足了μC/OS-Ⅱ的要求，并 且已经有了必要工具。移植工作包括以下几个内容： （1）用#define设置一些常量的值(OS_CPU.H) （2）声明10个数据类型(OS_CPU.H) （3）用#define声明三个宏(OS_CPU.H) （4）用C语言编写六个简单的函数(OS_CPU_C.C) （5）编写四个汇编语言函数(OS_CPU_A.ASM)
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处理器支持硬件堆栈
COS-II进行任务调度的时候，会把当前任 务的CPU寄存器存放到此任务的堆栈中，然后， 再从另一个任务的堆栈中恢复原来的工作寄存器 ，继续运行另一个任务。所以，寄存器的入栈和 出栈是COS-II多任务调度的基础。
处理器中有专门的指令处理堆栈，可以灵活 的使用堆栈。
嵌入式单片机开发设计实例
嵌入式单片机开发设计实例
以下是一些嵌入式单片机开发的设计实例：
1. 温度测量系统：使用单片机与温度传感器连接，实时读取环境温度并显示在液晶屏上。
可以通过按键切换温度单位（摄氏度或华氏度），并设置温度报警阈值，当温度超过阈值时触发蜂鸣器报警。
2. 智能家居系统：将单片机与各种传感器（如光照、湿度、烟雾等）和执行器（如灯泡、窗帘）连接，实现自动化控制。
可以通过手机APP或遥控器远程操控家居设备，也可以设置定时任务，如定时开关灯、定时浇水等。
3. 电子秤：使用单片机控制称重传感器，实时测量物品的重量，并显示在液晶屏上。
可以设置称重范围和精度，当超过范围或精度不足时触发蜂鸣器报警。
4. 智能车辆控制系统：将单片机与各种传感器（如光电传感器、红外线传感器、超声波传感器等）和执行器（如电机、舵机）连接，实现对车辆的控制。
可以通过遥控器或手势识别等方式控制车辆的前进、后退、转向等操作。
5. RFID门禁系统：使用单片机与RFID读写器连接，实现对门禁的管理。
当合法的RFID卡片靠近读写器时，门自动打开，同时记录进出时间和人员信息。
可以通过管理软件对人员的出入进行管理和统计。
这些设计实例只是嵌入式单片机开发的一小部分，实际应用非常广泛，可以根据需求进行扩展和定制。
比较简单的嵌入式项目实例
比较简单的嵌入式项目实例在这个嵌入式时代，各种电子设备的出现使得人们的生活变得更加丰富多彩。
而在这些设备背后，隐藏着数不尽的嵌入式项目。
嵌入式项目是指将电子设备内部的控制程序与硬件设备相结合的一种技术。
这种技术的最大特点就是实现了设备的小型化和高效化。
下面我将给大家展示一些比较简单的嵌入式项目实例。
1. 以太网控制LED灯该项目利用Arduino控制以太网通信制作了一个可以通过互联网远程控制LED灯的小型网络设备。
在Web端发送命令后，LED灯会被打开或关闭。
这个项目的实现过程非常简单，只需要一个Arduino板，一个以太网模块和连接器即可。
此外用户还需要编写相应的代码。
2. 遥控小车该项目是基于STM32F1+H-Bridge驱动芯片设计的。
该小车配有红外传感器，可以通过遥控器控制驱动电机前进、后退、左转、右转等操作，还可以配合LCD显示器显示各种状态信息。
这个小车由于体积较小，因此可以被广泛应用在各种追求高精度、中短距离控制的地方。
3. 物联网环境监测系统该项目利用Arduino开发板和传感器构建了一个物联网环境监测系统，可以利用传感器测量温度、湿度、气压和二氧化碳等的数值，再搭配WiFi模块将数据传送至服务器。
用户在Web端可以轻松获取数据并生成图表，还可以进行数据分析和处理。
这个项目在农业、食品加工等领域中具有广泛应用的前景。
4. 茶叶智能包装系统该项目依托于STM32F10X的微控制器，并采用压电传感器实时监测茶叶包装袋的密封情况。
一旦出现裂口、破裂等问题，系统会自动停止运转，并通过语音提示警告。
该智能包装系统不仅提升了茶叶包装的工作效率和智能化程度，同时还保障了茶叶的品质和安全。
总体来说，这些项目虽然有不同的方向和用途，但都体现出了嵌入式系统的核心价值：小型化、高效化、自动化和智能化。
我想这也是嵌入式系统在未来能够拥有更广泛应用的重要原因。
嵌入式项目开发实例
嵌入式项目开发实例
嵌入式项目开发实例有很多，这里仅列举几个常见的实例：
1. 智能家居控制系统
智能家居控制系统使用嵌入式技术，通过无线通信技术，实现家庭环境的远程控制。
该系统可以包括家庭电器的控制、安防监控、照明调节、自动化窗帘、智能音响等多种功能。
嵌入式技术可以实现对各种传感器和执行器的控制，同时通过云计算技术、大数据分析，实现更智能化、更人性化的智能家居控制。
2. 智能交通信号灯控制系统
智能交通信号灯控制系统利用嵌入式技术，实现对交通信号灯的自动控制，可以根据交通流量和道路情况，自动调整信号灯的时序，提高道路通行的效率，减少交通拥堵和事故。
3. 医疗设备嵌入式系统
医疗设备嵌入式系统可以实现对医疗设备的监控、控制和数据处理，包括血糖检测仪、心电监测仪、呼吸治疗设备等。
该系统具有高度的安全性要求，需要满足各种医疗法律法规的要求。
4. 工业自动化控制系统
工业自动化控制系统使用嵌入式技术，可以实现对工业生产现场的控制和监测，包括机械运行、传感器控制、自动化控制等方面。
该系统需要具有高可靠性、稳定性和安全性。
5. 智能穿戴设备
智能穿戴设备使用嵌入式技术，可以实现对用户的身体状况的监测和分析，包括健康状况、运动量、睡眠质量等方面。
该系统可以通过无线通信技术，将数据传输到云端进行分析和处理，为用户提供更好的健康服务。
嵌入式课程设计实例
嵌入式课程设计实例一、课程目标知识目标：1. 让学生理解嵌入式系统的基本概念、组成原理及在各行各业中的应用。
2. 使学生掌握嵌入式系统设计的基本流程、方法和技术。
3. 帮助学生了解我国嵌入式技术的发展现状及未来趋势。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识进行嵌入式系统设计和编程的能力。
2. 提高学生分析问题、解决问题的能力，培养创新意识和团队协作精神。
3. 使学生能够熟练使用嵌入式开发工具和软件，进行基本的系统调试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对嵌入式技术的兴趣和热情，激发学生主动学习的动力。
2. 引导学生树立正确的科技观，认识到科技对社会发展的推动作用。
3. 培养学生的职业素养，使学生具备良好的团队协作精神和责任感。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，注重理论联系实际，以项目驱动的方式进行教学。
学生特点：学生为初中年级，具备一定的计算机基础，对新鲜事物充满好奇，喜欢动手实践。
教学要求：结合学生特点和课程性质，课程目标需具体、明确，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。
将目标分解为具体的学习成果，以便在教学过程中进行有效评估和调整。
二、教学内容1. 嵌入式系统概述- 嵌入式系统的定义、特点与应用领域- 嵌入式系统的组成与分类2. 嵌入式系统硬件基础- 微控制器原理与结构- 常用传感器与执行器- 嵌入式系统接口技术3. 嵌入式系统软件设计- 嵌入式编程语言（如C语言）- 系统软件架构与设计方法- 嵌入式操作系统原理与应用4. 嵌入式系统开发流程与工具- 开发流程：需求分析、硬件选型、软件开发、系统测试- 常用开发工具与平台5. 嵌入式系统项目实践- 项目案例分析与设计- 硬件电路设计与调试- 软件编程与系统优化6. 嵌入式技术发展趋势与前景- 我国嵌入式技术发展现状- 嵌入式技术在物联网、智能制造等领域的应用前景教学内容安排与进度：第一周：嵌入式系统概述第二周：嵌入式系统硬件基础第三周：嵌入式系统软件设计第四周：嵌入式系统开发流程与工具第五周：嵌入式系统项目实践（一）第六周：嵌入式系统项目实践（二）第七周：嵌入式技术发展趋势与前景教学内容与课本关联性：本教学内容紧密结合课本，按照课程目标进行科学、系统地组织，确保学生能够掌握嵌入式系统的基础知识、开发技能及行业动态。
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一个典型的USB通讯系统
通用系统模型 HOST43;接口芯片
嵌入式系统应用
驱动代码+嵌入式处理 器+HOST芯片
HUB
DEVICE D U盘
HUB
其他 U盘
HUB
其他
DEVICE
数据采集器
数据采集器
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二、嵌入式系统软件基础
操作系统的分类 嵌入式实时操作系统
if(condition_2) action_2(); …… if(condition_n) acition_n(); }
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2）事件驱动系统：（Event-Driven system）
事件驱动系统是能对外部事件直接响应的系统。它包括前后台、 实时多任务、多处理器等，是嵌入式实时系统的主要形式。 应用程序是一个无限的循环，循环中调用相应的函数完成相应的 操作，这部分可以看成后台行为（background）。中断服务程序处理 异步事件，这部分可以看成前台行为（foreground)。 后台也可以叫做任务级，前台也叫中断级。
确保数据通道快速执行每一条指令
使CPU硬件结构设计变得更为简单
6
1.4 影响CPU性能的因素：流水线、超标量和缓存
流水线技术：几个指令可以并行执行 提高了CPU的运行效率 内部信息流要求通畅流动
Add Sub Cmp 时间
取指
译码 取指
执行add 译码 取指 执行sub 译码 执行cmp
7
超标量执行
高 速 缓 存 控 制 器
数据
CACHE 主存
CPU
地址 数据
9
总线和总线桥
CPU
低速设备
高速总线
桥
低速总线
存储器
高速设备
数据
高速设备
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1.5 存储器系统
RAM：随机存取存储器， SRAM：静态随机存储器， DRAM： 动态随机存储器 1）SRAM比DRAM快 2）SRAM比DRAM耗电多
3）DRAM存储密度比SRAM高得多
嵌入式系统设计与实例开发
——ARM与C/OS-Ⅱ
基本概念及设计方法
1
一、嵌入式系统硬件基础
冯· 诺依曼体系结构和哈佛体系结构
CISC与RISC
影响CPU性能的因素
存储器系统
I/O接口
2
典型嵌入式系统基本组成－硬件
电源 模块
时钟
外围电路 微处理器
Flash
RAM
MPU
复位
ROM
外设
USB LCD Keyboard Other
3
1.1 冯· 诺依曼体系结构模型
存储器
指令寄存器
控制器
程序
指令0 指令1 指令2 指令3 指令4
数据通道 输入 中央处理器
输出
数据 数据0 数据1 数据2
4
1.2 哈佛体系结构
地址 程序存储器 指令0 指令1 指令2
指令寄存器
控制器
指令
地址 数据通道 输入 中央处理器
超标量执行：超标量CPU采用多条流水线结构
指令CACHE
预取
预取
流 水 线 1
译码1 译码2 执行1 执行2
流 水 线 2
译码1 译码2 执行1 执行2
数据
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高速缓存（CACHE）
1、为什么采用高速缓存 微处理器的时钟频率比内存速度提高快得多，高速缓存可以 提高内存的平均性能。 2、高速缓存的工作原理 高速缓存是一种小型、快速的存储器，它保存部分主存内 容的拷贝。
前台与后台
多任务，任务优先级，调度
非占先式与占先式、可重入型函数
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3.1 操作系统的分类
（1）顺序执行系统：系统内只含有一个程序，独占CPU的运 行时间，按语句顺序执行该程序，直至执行完毕，另一程 序才能启动运行。如DOS操作系统。
（2）分时操作系统：系统内同时可以有多个程序运行，把 CPU的时间分按顺序分成若干片，每个时间片内执行不同 的程序。如UNIX
大家生活中常见的与USB有关的东西有：
U盘、移动硬盘、无驱型的MP3（U盘） USB接口的键盘、Mouse、打印机、数码相机……
即插即用，热插拨，系统不需重启便可工作，且易于扩展 （127个）
USB2.0以低成本实现高达480Mb/s的传输率（USB1.1的全 速设备可达12Mb/s）
接口标准统一、端口供电
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死锁(或抱死) Deadlock
死锁也称作抱死，指两个任务无限期地互相等待对方控制 着的资源。设任务T1正独享资源R1，任务T2在独享资源T2 ，而此时T1又要独享R2，T2也要独享R1，于是哪个任务都 没法继续执行了，发生了死锁。最简单的防止发生死锁的 方法是让每个任务都：
先得到全部需要的资源再做下一步的工作
4）DRM需要周期性刷新 ROM：只读存储器 FLASH：闪存
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SRAM和DRAM
1）SRAM 2）DRAM
CS R/W Addr Data
CS R/W RAS CAS Addr Data
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输入输出接口
I/O
A/D、D/A
键盘 LCD 存储器接口 设备接口
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例如USB
USB：Universal Serial Bus，通用串行总线
机械装置
被控对象
功能层 文件系统
应用程序 图形用户 接口 任务管理
软件层
实时操作系统(RTOS) 中间层 BSP/HAL 硬件抽象层/板极支持包 D/A 硬件层 A/D I/O 人机交互接口 嵌入式计算机系统 嵌入式 微处理器 通用接口 ROM SDRAM
32
基于知识平台的开发方法
33
嵌入式系统设计步骤
（3）实时操作系统：系统内有多个程序运行，每个程序有 不同的优先级，只有最高优先级的任务才能占有CPU的控 制权。
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按实时性分类
强实时系统，其系统响应时间在毫秒或微秒级（数控 机床）；
一般实时系统，其系统响应时间在毫秒－几秒的数量 级上，其实时性的要求比强实时系统要差一些（电子菜谱 的查询）。
数据存储器 数据0 数据1 数据2
输出
数据
5
1.3 CISC和RISC
CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer） 具有大量的指令和寻址方式 8/2原则：80%的程序只使用20%的指令 大多数程序只使用少量的指令就能够运行。 RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) 在通道中只包含最有用的指令
例如，很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计，如微波炉 、电话机、玩具等。从省电的角度出发，平时微处理器处在停机状态 ，所有的事都靠中断服务来完成。
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前后台系统（后台循环、前台中断）
后台 ISR 前台
时间
ISR
ISR
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代码的临界区
代码的临界区也称为临界区，指处理时不可分割的代码。 一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断打入。
弱实时系统，其系统响应时间约为数十秒或更长（工 程机械）。
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按软件结构分类
1）循环轮询系统：（Polling Loop）
最简单的软件结构是循环轮询，程序依次检查系统的每一个输入条 件，一旦条件成立就进行相应的处理。 Initialize() While(true){
if(condition_1) action_1();
用同样的顺序去申请多个资源 释放资源时使用相反的顺序
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本节提要
1 嵌入式系统硬件基础 2 嵌入式系统软件基础 3 嵌入式系统设计方法
4
5
一个嵌入式设计方法实例
嵌入式BSP的基本概念
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嵌入式系统的软/硬件框架
驱动器1 驱动器2 ...... 驱动器N 传感器1 传感器2 ...... 传感器N
在进入临界区之前要关中断，而临界区代码执行完以后要 立即开中断（在任务切换时，地址、指令、数据等寄存器 堆栈保护）。
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多任务（任务、进程和线程）
休眠、就绪、运行、挂起、被中断
任务 1
任务 2 任务 n
……
任务 控制 块1 寄存器 CPU CPU寄存器
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任务 控制 块2
任务 控制 块n
一个任务，也称作一个线程，是一个简单的运行 程序。每个任务都是整个应用的某一部分，每个任务被 赋予一定的优先级， 有它自己的一套CPU寄存器和自己 的栈空间。 多任务运行的实现实际上是靠CPU（中央处理单元 ）在许多任务之间转换、调度。 CPU只有一个，轮番服务于一系列任务中的某一 个。多任务运行使CPU的利用率得到最大的发挥，并使 应用程序模块化。 在实际应用中，多任务的最大特点是，开发人员 可以将很复杂的应用程序层次化－综合实验（时钟、位 图、USB、KEY）。
系统测试：对设计好的系统进行测试，看其是否满足规格说明书 中给定的功能要求。
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嵌入式开发工具与开发环境
35
嵌入式软件开发流程
开始 新工程 以 太 网 口 网络 接口 ARM SDT Debug 并 口
编辑源代码
ARM300开发板 ARM7 处理器 执行
(4) (12)
Task 1 (H)
(8)
Task 2 (M)
(1) (6) (10)
Task 3 (L)
Task 3 Get Semaphore (2) Task 1 Preempts Task 3 (3) Task 1 Tries to get Semaphore (5) Task 3 Resumes (9) Task 3 Releases the Semaphore (11) Task 2 Preempts Task 3 (7)