《Cortex－M3开发技术及实践》课件第1章 概述

第1章概述-2-本章目标了解ARM的含义理解Cortex-M3内核的特点了解Cortex-M3的指令集理解STM32系列MCU的分类了解CMSIS的含义掌握STM32固件库的含义和结构熟悉STM32F107的开发工具MDK-ARM-3-ARM体系概述

当今，ARM技术被广泛应用，领域涉及手机、数字机顶盒以及汽车制动系统和网络路由器等。并且，迅速向传统的嵌入式领域渗透。全球95%以上的手机以及超过四分之一的电子设备都在使用ARM技术。-4-ARM体系概述--ARM简介

ARM是AdvancedRISCMachines的简写，有三个含义：一个生产高级RISC（精简指令集）处理器的公司。一种高级RISC的技术。一类采用高级RISC的处理器。-5-ARM体系概述--ARM简介

ARM公司成立于1990年，总部位于英国剑桥，是全球领先的半导体知识产权（IP）提供商之一ARM公司的商业模式主要是IP的设计和许可，本身并不生产和销售实际的半导体芯片。对于每一个授权公司和厂商来说，他们获得的授权都是独一无二的。-6-ARM体系概述--ARM简介

RISC的英文全称是：ReducedInstructionSetComputing，即“精简指令集”。精简指令集的基本思想为：尽量简化指令功能，只保留那些功能简单、能在一个节拍内执行完成的指令RISC技术的精华就是通过简化指令功能，使指令的平均执行周期减少-7-ARM体系概述--ARM简介

如今，对于内嵌有ARM处理器核心和采用ARM构架的处理器，被统称为ARM处理器。1991年，ARM公司推出第一款嵌入式RISC核心即ARM6解决方案。1993年，ARM公司推出基于ARMv4T架构的ARM7核心。2004年，ARM公司发布基于ARMv7架构的Cortex处理器系列，同时发布作为该系列架构中首款的ARMCortex-M3处理器。-8-ARM体系概述--ARM架构的发展

ARM处理器架构简单，使用较小的集成电路规模，从而降低功耗，同时可以实现较高的性能和代码密度，从而达到良好的平衡，这是ARM架构的关键特性。ARM架构一方面在各个版本之间保持了很高的兼容性，另一方面也在不断的改进。-9-ARM体系概述--ARM架构的发展

-10-ARM体系概述--ARM架构的发展

ARMv4T架构：ARM7TDMI，三星S3C44B0x系列等。ARMv5TEJ架构：ARM926ej-s，ATMEL的AT91SAM926x系列等。ARMv6架构：ARM1176jz，三星S3C6410x系列等。ARMv6M架构：Cortex-M0，ST的STM32F0系列等。ARMv7架构：是目前ARM公司最新的架构，所有Cortex处理器都实现了ARMv7架构（ARMv6M的Cortex-M系列处理器除外）。-11-ARM体系概述--Cortex内核

Cortex系列内核的命名，采用Cortex加后缀的方式。分为三个系列：

A系列(应用程序型)：适用于高端消费电子设备、网络设备、移动Internet设备和企业市场。R系列（实时型）：该系列适用于高性能实时控制系统。M系列（微控制器型）：该系列可快速进行中断处理，适用于需要高度确定的行为和最少门数的成本敏感型设备。-12-ARM体系概述--Cortex内核

M系列主要面向嵌入式以及工业控制行业。其中，Cortex-M系列又有4款产品，分别对应不同应用和需求名称Cortex-M0Cortex-M1Cortex-M3Cortex-M4架构ARMv6MARMv6MARMv7-MARMv7E-M应用范围8/16位应用FPGA应用16/32位应用32位/DSC应用特点低成本和简单性第一个为FPGA设计的ARM处理器高性能和高效率有效的数字信号控制-13-ARM体系概述--Cortex内核

Cortex-M3（以下简称CM3）采用哈佛结构，拥有独立的32位指令总线和数据总线，寄存器和存储器也是32位。与内核紧密耦合的NVIC（中断嵌套控制寄存器），新增多种中断机制，可提高中断响应速度和效率符合CMSIS（Cortex微处理器软件接口标准）全面支持32位Thumb-2和16位Thumb指令集基于ARM的CoreSight（片上调试和跟踪）架构调试系统-14-ARM体系概述--CM3指令集

由于历史原因，从ARM7TDMI开始，ARM处理器一直支持两种形式上相对独立的指令集，它们分别是：

32位的ARM指令集：效率较高，对应ARM状态。

16位的Thumb指令集：理论上代码密码提高一倍，对应Thumb状态。ARM和Thumb混合编程的方法在时间和空间上有额外开销的，主要发生在状态切换之时。另一方面，ARM代码和Thumb代码需要不同的编译方式，这也增加了软件开发管理的复杂度。-15-ARM体系概述--CM3指令集

CM3内核只支持Thumb和Thumb-2指令集,另外，CM3内核并不支持所有Thumb-2指令，只是实现Thumb-2的一个子集-16-STM32系列MCU

--STM32系列MCU分类

STM32系列MCU由意法半导体（ST）公司设计和制造。

ST公司目前发布的STM32MCU共分五个系列，STM32L1、STM32F0、STM32F1、STM32F2和STM32F4。-17-STM32系列MCU

--STM32系列MCU分类

STM32F1（MainstreamMCUs）系列是一个主流的MCU系列，STM32F1满足工业、医疗和消费电子市场的各种应用需求。五个产品线为：

超值型STM32F100：该系列最高主频24MHz，集成了电机控制和CEC功能。

基本型STM32F101：该系列最高主频36MHz，具有高达1M字节的片上闪存。

USB基本型STM32F102：该系列最高主频48MHz，具有全速USB模块。

增强型STM32F103：该系列最高主频72MHz，具有高达1M字节的片上闪存，集成电机控制、USB和CAN模块。

互联型STM32F105/107：该系列最高主频72MHz，具有以太网MAC、CAN以及USB2.0OTG功能。-18-STM32系列MCU

--STM32系列MCU分类

STM32系列MCU有自己的命名规范，采用编码+数字的方式对于STM32F107VCT6可以解读出它是基于ARM核心的32位MCU，属于通用类型，互联型产品，有100个引脚，256K闪存存储器，LQFP封装格式，-40℃~85℃的工作温度。-19-STM32系列MCU

--STM32系列MCU分类

-20-STM32系列MCU

--STM32F107资源

在STM32F1系列互联型产品中，STM32F107资源丰富、性能较高，该MCU主要硬件资源如下：ARMCortex-M3内核，最高72MHZ频率。60针和100针两种管脚配置，多种封装方式。64至256KbytesFlash存储器，64KbytesSRAM存储器。2.0V至3.6V电源。2个12-bit，1usA/D转换器（16通道）。2个12-bitD/A转换器。12通道DMA控制器。支持SWD和JTAG调试接口。10个定时计数器。14个通信接口。-21-STM32系列MCU

--STM32F107资源

具体STM32F107又分为两种封装和两种程序存储器容量外设名称STM32F107RBSTM32F107RCSTM32F107VBSTM32F107VCFlash存储器128Kbytes256Kbytes128Kbytes256KbytesSRAM64Kbytes封装LQFP64LQFP100Ethenet有定时器通用4高级1基本2通信接口SPI（I2S）3（2）I2C1USART5USBOTGFS有CAN2GPIOs518012-bitADC通道数量21612-bitDAC通道数量22CPU频率72MHz工作电压2.0至3.6V-22-STM32系列MCU

--STM32F107资源

STM32F107100脚封装管脚定STM32F10764脚封装管脚图-23-STM32固件库固件库，就是STM32F10xStandardPeripheralsFirmwareLibrary（简称STM32固件库）的意思，是意法半导体（ST）公司针对STM32系列MCU发布的一组函数库，并且符合CMSIS标准。-24-STM32固件库--CMSIS含义

CMSIS全称是CortexMicrocontrollerSoftwareInterfaceStandard（Cortex微控制器软件接口标准）

CMSIS是ARM公司和一些编译器厂家以及半导体厂家共同遵循的一套标准，是由ARM公司提出，专门针对Cortex-M系列的标准。只要是基于CM3的芯片，代码均是可以复用的。-25-STM32固件库--STM32固件库简介

STM32固件库是一个函数包，它由程序、数据结构和宏组成。包括了STM32系列MCU标准外设的性能特征。每个外设驱动都由一组函数组成，这组函数覆盖了该外设所有功能。每个器件的开发都由一个通用API驱动，API对该驱动程序的结构，函数和参数名称都进行了标准化。所有的驱动源代码都符合“StrictANSI-C”标准。因此它不受不同开发环境的影响有较好的移植性。-26-STM32固件库--STM32固件库结构

从意法半导体网站可以下载到名为stm32f10x_stdperiph_lib的压缩包，这就是STM32固件库。-27-STM32固件库--STM32固件库结构

_htmresc该文件夹内只含有CMSIS和ST的logo。

Libraries该文件夹有两个子文件夹，分别是CMSIS和STM32F10x_StdPerph_Driver。

Project该文件夹有两个子文件夹，分别是STM32F10x_StdPerph_Examples和STM32F10x_StdPerph_Template。

Utilities文件夹内为意法半导体官方评估板的相关代码和说明。-28-STM32固件库--固件库命名规则

STM32F10x系列的库文件和库函数都存放在STM32F10x_StdPerph_Driver文件夹下，作为一个标准的函数库，需要遵守一定的命名规则

PPP（P是任意一个字母）表示任一外设缩写缩写、源程序文件和头文件命名都以“stm32f10x_”作为开头所有常量都由英文字母大写书写。寄存器的命名与常量命名规则一样，都由英文字母大写书写。外设函数的命名以该外设的缩写加下划线为开头。在函数名中，只允许存在一个下划线-29-STM32固件库--固件库命名规则

每个外设都有一组功能函数，即该外设的库函数，其函数命名也遵循一定规则：名为PPP_Init的函数，其功能是根据PPP_InitTypeDef中指定的参数，初始化外设PPP名为PPP_DeInit的函数，其功能为复位外设PPP的所有寄存器至缺省值名为PPP_StructInit的函数，其功能为通过设置PPP_InitTypeDef结构中的各种参数来定义外设的功能名为PPP_Cmd的函数，其功能为使能或者失能外设PPP名为PPP_ITConfig的函数，其功能为使能或者失能来自外设PPP某中断源名为PPP_DMAConfig的函数，其功能为使能或者失能外设PPP的DMA接口用以配置外设功能的函数，总是以字符串“Config”结尾名为PPP_GetFlagStatus的函数，其功能为检查外设PPP某标志位被设置与否名为PPP_ClearFlag的函数，其功能为清除外设PPP标志位名为PPP_GetITStatus的函数，其功能为判断来自外设PPP的中断发生与否名为PPP_ClearITPendingBit的函数，其功能为清除外设PPP中断待处理标志位-30-STM32固件库--基于固件库的STM32F107程序设计

直接操作寄存器

在寄存器的配置时，计算配置字的二进制数值，直接写入寄存器。下述示例代码是一个典型的操作寄存器的编程方法，功能是PD2管脚不断地输出高低电平。#include "stm32f10x.h"intmain(void){ /*使能GPIOD口时钟*/

RCC->APB2ENR|=1<<5; /*先对PD2相关配置位清零，避免影响其他端口设置位*/

GPIOD->CRL&=0xfffff0ff; /*选择PD2工作模式MODE2[1:0]=11，输出最高速度50MHz

选择PD2配置位CNF2[1:0]=00， 推挽输出则配置字为0x00000300*/

GPIOD->CRL|=0x00000300; while(1) { /*GPIOD2输出高电平*/

GPIOD->BSRR=0x00000004; /*GPIOD2输出低电平*/

GPIOD->BRR=0x00000004; }}-31-STM32固件库--基于固件库的STM32F107程序设计

基于ST固件库直接调用固件库函数来进行外设的配置和使用。#include "stm32f10x.h"intmain(void){ /*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体，该结构体原型在stm32f10x_gpio.h中*/

GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; /*使能GPIOD口时钟*/

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD,ENABLE); /*配置PD2为推挽输出模式*/ /*选择管脚2*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2; /*选择管脚速度为50MHz*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; /*选择管脚工作模式为输出、推挽*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; /*按照结构体GPIO_InitStructure的配置进行初始化*/ /*选择端口为GPIOD*/

GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure); while(1) { /*GPIOD2输出高电平*/

GPIO_SetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2); /*GPIOD2输出低电平*/

GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_2); }}-32-STM32固件库--基于固件库的STM32F107程序设计

本书推荐调用STM32固件库的编程方法，这样既可以较快地掌握外设的使用，又可以加快学习和开发速度。因为对于初学者来说，效率并没有那么重要，重要的还是能够尽快入门和提高。即使将来需要操作寄存器，固件库函数的源码，本身也是很好的寄存器配置和操作的参考。-33-开发工具--STM32F107开发工具介绍目前在STM32F107开发中常用的开发工具有ARM公司的MDK-ARM和IAR公司的EWARM两种。-34-开发工具--流水灯示例流水灯是嵌入式开发中常用的演示程序，堪比PC机开发程序中的“HelloWorld！”。本节也将实现一个基于STM32F107的四个LED流水灯程序-35-开发工具--流水灯示例建立工程文件在开发模板（本例所配开发模板，详见实践篇）中建立一个名为“流水灯”的工程文件-36-开发工具--流水灯示例编辑代码在main.c文件中编写源代码-37-#include "stm32f10x.h"/*定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体，该结构体原型在stm32f10x_gpio.h中*/GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;intmain(void){ inti; /*使能GPIOC口时钟*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE); /*配置PC6-9为推挽输出模式*/ /*选择管脚6至管脚9*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9; /*选择管脚速度为50MHz*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

/*选择管脚工作模式为输出、推挽*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; /*按照结构体GPIO_InitStructure的配置进行初始化*/ /*选择端口为GPIOC*/ GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure); /*熄灭所有led*/ GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9);

while(1) { /*GPIOC6输出低电平，点亮led1*/ GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6); /*延时*/ for(i=0;i<500000;i++) {} /*GPIOC6输出高电平，熄灭led1*/

GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_6);

/*GPIOC7输出低电平，点亮led2*/ GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_7); /*延时*/ for(i=0;i<500000;i++) {} /*GPIOC7输出高电平，熄灭led2*/ GPIO_SetBits(GP