KL25-ch01(概述)-20140218

1、教材：王宜怀等著，嵌入式技术基础与实践（第教材：王宜怀等著，嵌入式技术基础与实践（第3版）版） ARM Cortex-M0+ Kinetis L系列微控制器系列微控制器参考书：见教材参考书：见教材网址：网址：http:/第第1章章 概概 述述主要内容：主要内容：1.1 嵌入式系统定义、由来及特点嵌入式系统定义、由来及特点1.2 嵌入式系统的知识体系、学习误区及学习建议嵌入式系统的知识体系、学习误区及学习建议1.3 嵌入式系统常用术语嵌入式系统常用术语1.4 嵌入式系统常用的嵌入式系统常用的C语言基本语法概要语言基本语法概要1.5 本章小结本章小结21.1 嵌入式系统定义、由来及特点嵌入式系统定

2、义、由来及特点1.1.1 嵌入式系统的定义嵌入式系统的定义一种计算机硬件和软件的组合，也许还有机械装置一种计算机硬件和软件的组合，也许还有机械装置，用于实现一个特定功能。在某些特定情况下，嵌入式，用于实现一个特定功能。在某些特定情况下，嵌入式系统是一个大系统或产品的一部分。其核心是微控制器系统是一个大系统或产品的一部分。其核心是微控制器（MCU）或应用处理器。）或应用处理器。1.1.2 嵌入式系统的由来及其与微控制器的嵌入式系统的由来及其与微控制器的关系关系1MCU（微控制器）的基本含义（微控制器）的基本含义在一块芯片内集成了中央处理单元（在一块芯片内集成了中央处理单元（CPU，Central

3、 processing unit）、存储器（）、存储器（RAM/ROM等）、定时器等）、定时器/计计数器及多种输入输出（数器及多种输入输出（I/O）接口的比较完整的数字处理）接口的比较完整的数字处理系统。系统。3一个典型的一个典型的MCU框图框图：42嵌入式系统的由来嵌入式系统的由来通用计算机系统：计算机是因科学家需要一个高速的计通用计算机系统：计算机是因科学家需要一个高速的计算工具而产生的。算工具而产生的。嵌入式计算机系统（嵌入式系统）：测控领域需要能够嵌入式计算机系统（嵌入式系统）：测控领域需要能够满足特殊需求的计算机而产生的。满足特殊需求的计算机而产生的。3嵌入式系统与嵌入式系统与MCU

4、的关系的关系以以MCU为核心的系统是应用最广的嵌入式系统。为核心的系统是应用最广的嵌入式系统。在在MCU出现之前，人们必须用模拟电路、数字电路实出现之前，人们必须用模拟电路、数字电路实现大部分计算与控制功能，这样使得控制系统体积庞大，易现大部分计算与控制功能，这样使得控制系统体积庞大，易出故障。出故障。MCU出现以后，情况发生了变化，系统中的大部分出现以后，情况发生了变化，系统中的大部分计算与控制功能由计算与控制功能由MCU的软件实现。其它电子线路成为的软件实现。其它电子线路成为MCU的外围接口电路，承担着输入、输出与执行动作等功能的外围接口电路，承担着输入、输出与执行动作等功能，而计算、比较

5、与判断等原来必须用电路实现的功能，可以，而计算、比较与判断等原来必须用电路实现的功能，可以用软件取代，大大地提高了系统的性能与稳定性，这种控制用软件取代，大大地提高了系统的性能与稳定性，这种控制技术称之为嵌入式控制技术。在嵌入式控制技术中，核心是技术称之为嵌入式控制技术。在嵌入式控制技术中，核心是MCU，其它部分依此而展开。，其它部分依此而展开。54以以MCU为核心的嵌入式产品的基本组成为核心的嵌入式产品的基本组成61.1.3 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点 从与通用计算机对比的角度谈嵌入式系统的特从与通用计算机对比的角度谈嵌入式系统的特点：点：1嵌入式系统属于计算机系统，但不单独以通用嵌入

6、式系统属于计算机系统，但不单独以通用计算机的面目出现计算机的面目出现2嵌入式系统开发需要专用工具和特殊方法嵌入式系统开发需要专用工具和特殊方法3使用使用MCU设计嵌入式系统，数据与程序空间采设计嵌入式系统，数据与程序空间采用不同存储介质用不同存储介质4开发嵌入式系统涉及软件、硬件及应用领域的开发嵌入式系统涉及软件、硬件及应用领域的知识知识5嵌入式系统的其他特点嵌入式系统的其他特点可靠性、实时性、成本、功耗、生命周期、知识综可靠性、实时性、成本、功耗、生命周期、知识综合等。合等。71.2 嵌入式系统的知识体系、学习误区嵌入式系统的知识体系、学习误区及学习建议及学习建议1.2.1 嵌入式系统的知识

7、体系嵌入式系统的知识体系嵌入式系统的应用范围可粗略分为两类：嵌入式系统的应用范围可粗略分为两类：（1）电子系统的智能化电子系统的智能化（工业控制，现代农业、家（工业控制，现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等），这类应用用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等），这类应用所使用的嵌入式处理器一般被称之为所使用的嵌入式处理器一般被称之为微控制器（微控制器（MCU，Microcontroller Unit）。（2）计算机应用的延伸计算机应用的延伸（平板电脑、手机、通信、（平板电脑、手机、通信、网络、计算机外围设备等），这类应用所使用的嵌入式处网络、计算机外围设备等），这类应用所使用的嵌入

8、式处理器一般被称之为理器一般被称之为应用处理器（应用处理器（Application processor）。这两类知识体系、技术特点、开发方法有一些区别！这两类知识体系、技术特点、开发方法有一些区别！8 概括地说，学习以概括地说，学习以MCU为核心的嵌入式系统，需要以下软为核心的嵌入式系统，需要以下软件硬件基础知识与实践训练：件硬件基础知识与实践训练：（1）硬件最小系统（包括电源、晶振、复位、写入调试器接口）硬件最小系统（包括电源、晶振、复位、写入调试器接口等）；等）；（2）通用）通用I/O（开关量输入（开关量输入/输出，涉及各种二值量检测与控制输出，涉及各种二值量检测与控制）；）；（3）模数转

9、换）模数转换A/D（各种传感器信号的采集与处理，如红外、（各种传感器信号的采集与处理，如红外、温度、光敏、超声波、方向等）；温度、光敏、超声波、方向等）；（4）数模转换）数模转换D/A（对模拟量设备利用数字进行控制）；（对模拟量设备利用数字进行控制）；（5）通信（串行通信接口）通信（串行通信接口UART、串行外设接口、串行外设接口SPI、集成电、集成电路互联总线路互联总线I2C，CAN、USB、嵌入式以太网、无线传感器网络等）、嵌入式以太网、无线传感器网络等）；（6）显示（）显示（LED、LCD、触摸屏等）；、触摸屏等）；（7）控制（控制各种设备，包括）控制（控制各种设备，包括PWM等控制技术

10、）；等控制技术）；（8）数据处理（图形、图像、语音、视频等处理或识别）；）数据处理（图形、图像、语音、视频等处理或识别）；（9）各种具体应用。）各种具体应用。 计算机语言、操作系统、数据结构、开发环境等是工具。计算机语言、操作系统、数据结构、开发环境等是工具。91.2.2 嵌入式系统的学习误区嵌入式系统的学习误区1误区误区1操作系统的困惑操作系统的困惑一开始就学习一开始就学习RTOS，并不符合，并不符合“由浅入深、循序渐由浅入深、循序渐进进”的学习规律。的学习规律。2误区误区2硬件与软件的困惑硬件与软件的困惑充分理解嵌入式系统软件与硬件相互依存关系，并充分理解嵌入式系统软件与硬件相互依存关系，

11、并打好嵌入式系统的硬件与软件基础，对嵌入式系统的学打好嵌入式系统的硬件与软件基础，对嵌入式系统的学习有良好的促进作用。习有良好的促进作用。3误区误区3入门芯片选择的困惑入门芯片选择的困惑实际嵌入式系统设计不是追求芯片位数、工作频率实际嵌入式系统设计不是追求芯片位数、工作频率、操作系统等因素，而是追求稳定可靠、维护、升级、操作系统等因素，而是追求稳定可靠、维护、升级、功耗、价格等指标。功耗、价格等指标。101.2.3基础阶段的学习建议基础阶段的学习建议（1）嵌入式系统软件硬件密切相关，一定要打好软件硬件基）嵌入式系统软件硬件密切相关，一定要打好软件硬件基础。础。（2）选择一个芯片及硬件评估板（入

12、门芯片最好是简单一点）选择一个芯片及硬件评估板（入门芯片最好是简单一点，内部功能模块可以少一些）、选择一本好书（最好有规范的例子，内部功能模块可以少一些）、选择一本好书（最好有规范的例子）、找一位好老师（最好是有经验且热心的）。）、找一位好老师（最好是有经验且热心的）。（3）许多人怕硬件，其实嵌入式系统硬件比电子线路好学多）许多人怕硬件，其实嵌入式系统硬件比电子线路好学多了。了。（4）至于嵌入式实时操作系统）至于嵌入式实时操作系统RTOS，一定不要一开始就学，一定不要一开始就学，这样会走很多弯路，也会使你对嵌入式系统感到畏惧。，这样会走很多弯路，也会使你对嵌入式系统感到畏惧。（5）要避免片面地

13、单纯从）要避免片面地单纯从“电子电子”或或“计算机软件计算机软件”角度认识嵌角度认识嵌入式系统。入式系统。（6）注重实验与实践。）注重实验与实践。（7）关于入门芯片的选择。）关于入门芯片的选择。（8）关于嵌入式操作系统的选择。）关于嵌入式操作系统的选择。（9）关于汇编与）关于汇编与C语言的取舍。语言的取舍。 （10）要明确自己的学习目的，并注意学习方法。）要明确自己的学习目的，并注意学习方法。111.3 嵌入式系统常用术语嵌入式系统常用术语1.3.1 与硬件相关的术语与硬件相关的术语1封装封装集成电路的封装是指用塑料、金属或陶瓷材料等把集成电集成电路的封装是指用塑料、金属或陶瓷材料等把集成电路

14、封在其中。路封在其中。2印刷电路板印刷电路板印刷电路板印刷电路板PCB是组装电子元件用的基板，是在通用基材是组装电子元件用的基板，是在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板，是电路原理上按预定设计形成点间连接及印制元件的印制板，是电路原理图的实物化。图的实物化。3动态可读写随机存储器与静态可读写随机存储器动态可读写随机存储器与静态可读写随机存储器动态可读写随机存储器动态可读写随机存储器DRAM，由一个，由一个MOS管组成一个管组成一个二进制存储位。二进制存储位。静态可读写随机存储器静态可读写随机存储器SRAM，一般由四个或者六个，一般由四个或者六个MOS管构成一个二进制位。管构成一

15、个二进制位。121.3.1 与硬件相关的术语与硬件相关的术语4只读存储器只读存储器只读存储器只读存储器ROM（Read Only Memory），数据可以读出），数据可以读出，但不可以修改，所以称之为只读存储器。，但不可以修改，所以称之为只读存储器。5闪速存储器闪速存储器闪速存储器简称闪存，是一种新型快速的闪速存储器简称闪存，是一种新型快速的E2PROM。由。由于工艺和结构上的改进，闪存比普通的于工艺和结构上的改进，闪存比普通的E2PROM的擦除速度更的擦除速度更快，集成度更高。快，集成度更高。6模拟量与开关量模拟量与开关量模拟量是指时间连续、数值也连续的物理量，如温度、压模拟量是指时间连续、

16、数值也连续的物理量，如温度、压力、流量、速度、声音等。力、流量、速度、声音等。开关量是指一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平开关量是指一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑和逻辑0）。）。131.3.2 与通信相关的术语与通信相关的术语1并行通信并行通信并行通信是指数据的各位同时在多根并行数据线上进行传并行通信是指数据的各位同时在多根并行数据线上进行传输的通信方式，数据的各位同时由源到达目的地。输的通信方式，数据的各位同时由源到达目的地。2串行通信串行通信串行通信是指数据在单线（电平高低表征信号）或双线（串行通信是指数据在单

17、线（电平高低表征信号）或双线（差分信号）上，按时间先后一位一位地传送，其优点是节省传差分信号）上，按时间先后一位一位地传送，其优点是节省传输线，但相对于并行通信来说，速度较慢。输线，但相对于并行通信来说，速度较慢。 3串行外设接口串行外设接口串行外设接口（串行外设接口（SPI，Serial Peripheral Interface）：也是）：也是一种串行通信方式，主要用于一种串行通信方式，主要用于MCU扩展外围芯片使用。扩展外围芯片使用。4集成电路互连总线集成电路互连总线I2C（另一种简写为（另一种简写为I2C，Inter-Integrated Circuit），是），是一种由一种由PHILI

18、PS公司开发的两线式串行总线，主要用于用户电公司开发的两线式串行总线，主要用于用户电路板内路板内MCU与其外围电路的连接。与其外围电路的连接。141.3.2 与通信相关的术语与通信相关的术语5通用串行总线通用串行总线通用串行总线（通用串行总线（USB，Universal Serial Bus），是），是MCU与与外界进行数据通信的一种新的方式，其速度快，抗干扰能力强外界进行数据通信的一种新的方式，其速度快，抗干扰能力强，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。 6控制器局域网控制器局域网控制器局域网（控制器局域网（CAN，Controller Area Network

19、），是一），是一种全数字、全开放的现场总线控制网络，目前在汽车电子中应种全数字、全开放的现场总线控制网络，目前在汽车电子中应用最广。用最广。 7背景调试模式背景调试模式背景调试模式（背景调试模式（BDM，Background Debug Mode），是），是Freescale半导体公司提出的一种调试接口，主要用于嵌入式半导体公司提出的一种调试接口，主要用于嵌入式MCU的程序下载与程序调试。的程序下载与程序调试。151.3.2 与通信相关的术语与通信相关的术语8边界扫描测试协议边界扫描测试协议边界扫描测试协议（边界扫描测试协议（JTAG，Joint Test Action Group），），是由

20、国际联合测试行动组开发，对芯片进行测试的一种方式，是由国际联合测试行动组开发，对芯片进行测试的一种方式，可将其用于对可将其用于对MCU的程序进行载入与调试。的程序进行载入与调试。JTAG能获取芯片能获取芯片寄存器等内容，或者测试遵守寄存器等内容，或者测试遵守IEEE规范的器件之间引脚连接情规范的器件之间引脚连接情况。况。9串行线调试技术串行线调试技术串行线调试（串行线调试（SWD，Serial Wire Debug）技术使用）技术使用2针调针调试端口，是试端口，是JTAG的低针数和高性能替代产品，通常用于小封的低针数和高性能替代产品，通常用于小封装微控制器的程序写入与调试。装微控制器的程序写入

21、与调试。SWD适用于所有适用于所有ARM处理器处理器，兼容，兼容JTAG。161.3.3 与功能模块及软件相关的术语与功能模块及软件相关的术语1通用输入通用输入/输出输出GPIO通用输入通用输入/输出（输出（GPIO，General Purpose I/O），即基本），即基本的输入的输入/输出，有时也称并行输出，有时也称并行I/O。作为通用输入引脚时，作为通用输入引脚时，MCU内部程序可以读取该引脚，知内部程序可以读取该引脚，知道该引脚是道该引脚是“1”（高电平）或（高电平）或“0”（低电平），即开关量输入。（低电平），即开关量输入。作为通用输出引脚时，作为通用输出引脚时，MCU内部程序向该引

22、脚输出内部程序向该引脚输出“1”（高电平）或高电平）或“0”（低电平），即开关量输出。（低电平），即开关量输出。2 A/D与与D/AA/D转换模块的功能是将电压信号（模拟量）转换为对应转换模块的功能是将电压信号（模拟量）转换为对应的数字量。的数字量。D/A转换则是将数字量转换为电压信号（模拟量）。转换则是将数字量转换为电压信号（模拟量）。171.3.3 与功能模块及软件相关的术语与功能模块及软件相关的术语3脉冲宽度调制器脉冲宽度调制器脉冲宽度调制器（脉冲宽度调制器（PWM，Pulse Width Modulator），是），是一个一个D/A转换器，可以产生一个高电平和低电平之间重复交替的转换器

23、，可以产生一个高电平和低电平之间重复交替的输出信号，这个信号就是输出信号，这个信号就是PWM信号。信号。4看门狗看门狗看门狗（看门狗（Watch Dog），是一个为了防止程序跑飞而设计），是一个为了防止程序跑飞而设计的一种自动定时器。的一种自动定时器。 5液晶显示液晶显示液晶显示（液晶显示（LCD，Liquid Crystal Dispaly），是电子信息），是电子信息产品的一种显示器件，可分为字段型、点阵字符型、点阵图形产品的一种显示器件，可分为字段型、点阵字符型、点阵图形型三类。型三类。181.3.3 与功能模块及软件相关的术语与功能模块及软件相关的术语6发光二极管发光二极管发光二极管（发

24、光二极管（LED，Light Emitting Diode），是一种将电），是一种将电流顺向通到半导体流顺向通到半导体PN结处而发光的器件。常用于家电指示灯、结处而发光的器件。常用于家电指示灯、汽车灯和交通警示灯。汽车灯和交通警示灯。7键盘键盘键盘是嵌入式系统中最常见的输入设备。识别键盘是否有键盘是嵌入式系统中最常见的输入设备。识别键盘是否有效被按下的方法有查询法、定时扫描法与中断法等。效被按下的方法有查询法、定时扫描法与中断法等。8实时操作系统实时操作系统实时操作系统（实时操作系统（RTOS，Real Time Operating System），），是指一种运行于嵌入式系统上的操作环境，可

25、以提供建立多任是指一种运行于嵌入式系统上的操作环境，可以提供建立多任务的能力。务的能力。191.4 嵌入式系统常用的嵌入式系统常用的C语言基本语法语言基本语法概要概要1基本数据类型基本数据类型C语言的数据类型有基本类型和构造类型两大类。语言的数据类型有基本类型和构造类型两大类。202运算符运算符C语言的运算符分为算术、逻辑、关系和位运算及语言的运算符分为算术、逻辑、关系和位运算及一些特殊的操作符。一些特殊的操作符。C语言的常用运算符及使用方法举例语言的常用运算符及使用方法举例见书见书P14表表1-2。3流程控制流程控制在程序设计中主要有三种基本控制结构：顺序结构在程序设计中主要有三种基本控制结

26、构：顺序结构、选择结构和循环结构。、选择结构和循环结构。4函数函数所谓函数，即子程序，也就是所谓函数，即子程序，也就是“语句的集合语句的集合”，就是，就是说把经常使用的语句群定义成函数，供其他程序调用，说把经常使用的语句群定义成函数，供其他程序调用，函数的编写与使用要遵循软件工程的基本规范。函数的编写与使用要遵循软件工程的基本规范。5数组数组在在C语言中，数组是一个构造类型的数据，是由基语言中，数组是一个构造类型的数据，是由基本类型数据按照一定的规则组成的。数组是有序数据的本类型数据按照一定的规则组成的。数组是有序数据的集合，数组中的每一个元素都属于同一个数据类型。用集合，数组中的每一个元素都属于同一个数据类型。用一个统一的数组名和下标唯一地确定数组中的元素。一个统一的数组名和下标唯一地确定数组中的元素。216指针指针指针是语言中广泛使用的一种数据类型，运用