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重庆理工大学嵌入式体系结构课程总结 二级学院 计算机科学与工程学院 专 业 计算机科学与技术专业 班 级 372 学生姓名 张建英 学号 11103070231 教 师 刘政 时 间 2013.11.10 成 绩 前言：关于嵌入式部分总结从技术角度定义嵌入式：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统分类：嵌入式微处理器（EMPU）、微控制器、DSP处理器、片上系统SOC。嵌入式微处理器（EMPU）：嵌入式微处理器的基础是计算机中的CPU，在应用中将微处理器装配在专门设计的电板上，只保留与嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅减小系统的体积和功耗。微控制器：微控制器又叫单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集中到一块芯片中，与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化。DSP处理器：效率较高，指令执行速度也较高。片上系统SOC：SOC就是在一个硅片上实现一个更为复杂的系统，SOC可以分为通用和专用两类。ARM处理器有两种状态和七种模式：两种状态：ARM状态、Thumb状态；七种模式：用户模式、系统模式、管理模式、中止模式、未定义模式、中断模式、快速中断模式。ARM状态：32位，处理器执行字方式的ARM指令，处理器在系统上电时默认为ARM状态。Thumb状态：16位，处理器执行半字方式的Thumb指令。ARM处理器内部共有37个用户可访问的位寄存器，其中有6个人财产2位宽的状态寄存器目前只使用了其中12位。37个寄存器分别为：31个通用32位寄存器，6个状态寄存器。RISC的结构特性：1、具有大量的通用寄存器；2、通过装载和保存结构使用独立的LOAD和STORE指令完成数据在寄存器与外部存储器之间的传送，处理器只处理寄存器中的数据，从而可以避免多次访问存储器； 3、寻址方式非常简单，所有转载、保存的地址都是由寄存器内容和指令域决定；4、使用统一和固定长度的指令格式；5、每一条数据处理指令都可以同时包含算数逻辑单元（ALU）的运算和移位处理，以实现对ALU和移位器的最大利用；6、地址自动增加和自动减少的寻址方式优化了程序中的循环处理；7、load/store指令可以批量传输数据，从而实现了最大数据吞吐量；8、大多数ARM指令是可“条件执行”的，也就是说，只有当某个特定条件满足时指令才会被执行。异常向量表：每一种处理器模式都有一个相关联的中断向量，当一个异常发生时，ARM将会改变模式，而程序计数器PC将会被强行指向异常向量。异常向量表：地址异常进入异常时的模式进入时I的状态进入时F的状态0x00000000复位管理禁止禁止0x00000004未定义指令未定义IF0x00000008软件中断管理禁止F0x0000000C中止预取中止IF0x00000010中止数据中止禁止F0x00000014保留保留0x00000018FRQ中断禁止F0x0000001CFIQ快速中断禁止禁止第一章 系统控制和启动过程1.1 相关功能的介绍晶体振荡器：通过外接晶振或时钟为系统提供时钟信号；复位：复位使ARM内核与外设部件进入一个确定的初始状态；存储器映射控制：控制异常向量表的重新影射方式；锁相环：将晶体振荡器输入的时钟倍频到一个合适的时钟频率；VPB分频器：将内核失重与外设时钟分开的部件；功率控制：使处理器空闲或者掉电，还能关闭指定的功能部件，以降低芯片功耗唤醒定时器。1.2功能1.3相应寄存器1.4驱动程序1.5示例代码第二章 GPIO2.1 GPIO简介LPC2000系列ARM的GPIO特性：1、可以独立控制每个GPIO口的方向（输入/输出模式）；2、可以独立设置每个GPIO的输出状态（高/低电平）；3、所有GPIO口在复位后默认为输入状态。GPIO控制寄存器组描述：通用名称功能描述访问复位值 控制寄存器组端口0（P0）地址&名称端口1（P1）地址&名称端口2（P2）地址&名称端口3（P3）地址&名称IOPIN反映引脚的当前电平状态寄存器只读NA0xE002 8002 IO0PIN0xE002 8010 IO1PIN0xE002 8020 IO2PIN0xE002 8030 IO3PINIOSETGPIO引脚高电平输出控制寄存器读/置位0x000000000xE002 800C4IO0SET0xE002 8014 IO1SET0xE002 8024 IO2SET0xE002 8034 IO3SETIODIRGPIO引脚输入/输出方向控制寄存器读/写0x000000000xE002 8008 IO0DIR0xE002 8018 IO1DIR0xE002 8028 IO2DIR0xE002 8038 IO3CLRIOCLRGPIO引脚低电平输出方向控制寄存器只清零0x000000000xE002 800C IO0CLR0xE002 801C IO1CLR0xE002 802C IO2CLR0xE002 803C IO3CLR2.2 GPIO寄存器2.2.12.2.22.2.32.2.42.3 第三章 向量中断及外部中断输入3.1硬件结构3.2功能3.3相应寄存器第四章 定时器4.1硬件结构4.2功能4.3相应寄存器第五章SPI5.1 SPI硬件结构SPI总线系统是一种同步串行外设借口，允许MCU与各种外围设备已串行方式进行通信、数据交换。外围设备包括Flash、RAM、A/D、转换器、网络控制器、MCU等。SPI系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，一般使用4条线：串行时钟线SCK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SSEI。SPI的接口特性：1、具有2个完全独立的SPI控制器；2、 遵循同步串行接口（SPI）规范；3、 全双工数据通信；4、 可配置为SPI主机或从机；5、 最大数据位速率为外设时钟FPCLK的1/8。5.2 SPI功能模块有5个寄存器控制SPI功能模块，下面分别作简单的描述：SPCRSPI控制寄存器。包含一些可编程位来控制SPI功能模块。该寄存器必须在数据传输之前进行设定。SPSRSPI状态寄存器。只读的寄存器，用于监视SPI功能模块的状态，包括一些一般性功能和异常状况。该寄存器的主要用途是检测数据传输的完成，这可以通过判断SPIF位来实现，其他位用于指示异常状况。SPDRSPI数据寄存器。用于发送和接收数据，在发送时向SPI数据寄存器写入数据。串行数据的发送和接收通过内部移位寄存器来实现。写数据时，数据寄存器和内部移位寄存器之间没有缓冲区，写SPDR会使数据直接进入内部一位寄存器，因此数据只能在一次数据发送完成之后写入该寄存器。读数据是带有缓冲区的，当传输结束时，接收到的数据转移到一个单字节的数据缓冲区，读SPI数据寄存器将返回读缓冲区的值。SPCCRSPI时钟计数器寄存器，用于设置SPI时钟分频值。当SPI功能模块处于主模式时，SPCCR寄存器用于控制时钟速率，即SPI总线速率。该寄存器必须在数据传输之前设定。当SPI功能模块处于从模式时，该寄存器无效。SPINTSPI中断标志寄存器，该寄存器包含了SPI的中断标志位。5.3 SPI寄存器描述5.3.1 SPI控制寄存器（S0SPCR,0xE002 0000;S1SPCR,0xE003 0000）位位名称描述复位值2:0保留，用户软件不要向其中写入1，从暴力流位读出的值未定义NA3CPHA时钟相位控制位，决定SPI传输时数据和时钟的关系并控制从机传输的。起始和结束：1、CPHA=1时，数据在SCK的第二个时钟沿采样。当SSEL信号激活时，传输从第一个时钟沿开始并在最后一个采样时钟沿结束。2、CPHA=0时，数据在SCK的第一个时钟沿采样。传输从SSEL信号激活时开始，并在SSEL信号无效时结束04CPOL时钟极性控制：CPOL=1时，SCK为低有效；在总线空闲状态，SCK为高电平。CPOL=0时，SCK高有效；在总线空闲状态，SCK为低电平05MSTR主模式选择：MSTR=1时，SPI处于主模式；MSTR=0时，SPI处于从模式06LSBFLSBF用来控制传输的每个字节的移动方向：LSBF=1时，SPI数据传输LSB(bit0)在先；LSBF=0时，SPI数据传输MSB(bit7)在先07SPIESPI中断使能：SPIE=1时，每次SPIF或MODF置位时都会产生硬件中断；SPIE=0时，SPI中断禁止0示例代码：SPI_SPCR= (03) | /CPHA=0，数据在SCK的第一个跳变沿采样(14) | /CPOL=1，时钟为低有效(15) | /设置为主机(06) | /LSBF=0，数据传输MSB在先(17) | /SPI中断使能5.3.2 SPI状态寄存器（S0SPSR,0xE002 0004;S1SPSR,0xE003 0004）位位名称描述复位值2:0保留，用户软件不要向其中写入1，从暴力流位读出的值未定义 NA3ABRT从机中止：该位为1时表示发生了从机中止。当读取该寄存器时，该位清零04MODF模式错误：为1时表示发生了模式错误，先通过读取该寄存器清零MODF位，再写SPI控制寄存器05ROVR读溢出：为1时表示发生了溢出。当读取该寄存器时，该位清零06WCOL写冲突：为1时表示发生了冲突。先通过读取该寄存器清零WCOL位，再访问SPI数据寄存器07SPIFSPI传输完成标志：为1时表示一次SPI数据传输完成。在主模式下，该位在传输的最后一个周期置位。在从机模式下，该位在SCK的最后一个数据采样边沿置位。当读取该寄存器时，该位清零。然后才能访问SPI数据寄存器。注：SPIF不是SPI中断标志。中断标志位于SPINT寄存器中05.3.3 SPI数据寄存器（S0SPDR,0xE002 0008;S1SPDR,0xE003 0008）位位名称描述复位值7:0数据SPI双向数据0示例代码：SPI_SPDR= data; /发送数据While(SPI_SPSR&0x80)=0); /等待SPI置位，即等待数据发送完毕5.3.4 SPI时钟计数寄存器（S0SPCCR,0xE002 000C;S1SPCCR,0xE003 000C）该寄存器控制主机SCK的频率，见下表。该寄存器的值必须为偶数，因此bit0必须为0，该寄存器的值还必须大于等于8。如果寄存器的值不符合上述条件，可能导致产生不可预测的动作。频率公式如下：Fspi=Fpclk/SPCCRFPCLK=FCCLK/VPB,其中速率为CCLK/VPB除数，由VPBDIV寄存器的内容决定。位功能描述复位值7:0计数值SPI时钟计数值设定0示例代码：SPI_SPCCR=Fpclk/F_spi;/设置SPI时钟分频5.3.5 SPI中断标志寄存器（S0SPINT,0xE002 001C;S1SPINT,0xE003 001C）位功能描述复位值0SPI中断SPI中断标志：由SPI接口置位以产生中断。向该位写入1清零注：当SPIE=1并且SPIF和MODF位中至少有一位1时该位置位。只有当SPI中断位置位并且SPI中断在VIC中被使能，SPI中断才能由中断处理软件处理07:1保留，用户软件不要向其写入1，从保留位读出的值未定义NA示例代码：S0PINT=0x01;/清除SPI中断标志位5.4驱动程序5.4.1 SPI主机初始化示例#define MSTR (15)#define CPOL(14)#define CPHA(13)#define LSBF(16)#define SPI_MODE (MSTR | CPOL)Void MSpiIni(uint8 fdiv)If(div8)fdiv=8;S0PCCR=fdiv&0xFE;S0PCR=SPI_MODE;5.4.2 SPI主机数据发送和接收示例Uint8 MSendData(uint8 data)IO0CLR=HC595_CS;S0PDR=data;While(0=(S0PSR&0x80);IO0SET=HC595_CS;Return(S0PDR);5.4.3 SPI从机初始化示例#define CPOL(14)#define CPHA(13)#define LSBF(1 400000)fi2c = 400000;PINSEL0 = (PINSEL0 & 0xFFFFFF0F) | 0x50 ;I2SCLH = (Fpclk/fi2c + 1) / 2 ;I2SCLL = (Fpclk/fi2c ) / 2 ;I2CONCLR = 0x2C ;I2CONSET = 0x40 ;VICIntSelect = 0x00000000;VICVectCntl0 = 0x29 ;VICVectAddr0 = (int)IRQ_I2C ;VICIntEnable = 0x0200 ;6.4.2 从模式I2C初始化示例Void I2C_SlavInit(uint8 adr)PINSEL0 = (PINSEL0 & 0xFFFFFF0F) | 0x50 ;I2SADR= adr & 0xFE;I2CONCLR = 0x28 ;I2CONSET = 0x44 ;VICIntSelect = 0x00000000;VICVectCntl0 = 0x29 ;VICVectAddr0 = (int)IRQ_I2C ;VICIntEnable = 0x0200 ;第七章 UART7.1 UART硬件结构LPC2000系列ARM7微控制器包含有2个符合16C550工业标准的异步串行口（UART）:UART0和UART1。其中，UART0只提供TXD和RXD信号引脚，而UART1增加了一个调制解调器（Modem）接口。其余方面二者都是完全相同的。因此，下面对于二者相同的部分都是统一介绍的。UART的特性：1、16字节接收FIFO和16字节发送FIFO;2、 寄存器位置符合16C550工业标准；3、 接收器FIFO触发点可谓1、4、8和14字节；4、 内置波特率发生器；5、 UART1含有标准调制解调器接口信号。7.2 UART结构在UART0与UART1中，二者唯一的区别就是：UART1增加了一个Modem接口，其余都是相同的。7.2.1 UART发送单元UnTx（n=0、1，以n=0为例）UnTx接收CPU（或从机）写入的数据，并将数据缓存到UARTn发送保持寄存器（UnTHR）中。发送移位寄存器（UnTSR）读取保持寄存器（UnTHR）中的数据，并将数据通过串行输出引脚TxDn发送出去。7.2.2 UART接收单元UnRx（n=0、1，以n=0为例）UnRx监视串行输入线RxDn上的信号。UARTn Rx移位寄存器（UnRSR）通过RxDn接收有效字符。当UnRsR接收到一个有效字