嵌入式技术基础与实践王宜怀复习指导.docx
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嵌入式技术基础与实践王宜怀复习指导
嵌入式复习整理
第1章概述
1.嵌入式系统定义：
一种计算机硬件与软件的组合，也许还有机械装置，用于实现一个特定的功能。
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。
2.微控制器的含义：
在一块芯片上集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM/ROM等）、定时器/计数器及多种输入输出（I/O）接口的比较完整的数字处理系统。
第2章AW60硬件最小系统与S08CPU
1.AW60的组成结构：
S08CPU、存储器、定时器接口模块、定时器模块、看门狗模块、通用IO模块、串口通信模块（SCI）、串行外设接口（SPI）、IIC模块、A/D转换模块、键盘中断模块、时钟发生模块、复位与中断模块等。
2.AW60存储器映像：
所谓存储器映像（Memorymap），是指地址$0000-$FFFF这个64KB空间，哪些地址被何种存储器或I/O寄存器所占用。
（1）2KB的RAM：
地址为$0070-$086F，用于存放用户数据（主要是全局变量）和堆栈空间。
（2）两段Flash存储器，$0870-$17FF，$1860-$FFFF，存储程序、常量和中断向量。
（3）I/O映像寄存器：
直接页寄存器、高端页寄存器和非易失性寄存器。
3.AW60引脚：
电源类信号引脚、复位信号引脚、主要功能模块引脚和其他引脚。
4.AW60最小硬件系统：
包括电源及其滤波电路、复位电路、晶振电路及其PLL滤波电路、写入器接口电路。
5.S08CPU的特点：
（1）目标代码与M68HC05系列、M68HC08系列MCU向上兼容；
（2）具有16位堆栈指针SP、16位变址寄存器HX，16种寻址方式；
（3）最高达40MHzCPU内部总线频率、64KB程序/数据存储器空间；
（4）不经过累加器A的存储器之间数据直接传送；
（5）快速8位×8位乘法指令、快速16位与8位相除指令，增强的BCD指令；
（6）模块化结构，可扩展的内部总线定义可使寻址范围超过64KB；
（7）低功耗的STOP、WAIT模式。
6.S08CPU的内部寄存器：
（1）累加器A（Accumulator）：
8位通用寄存器，用来存放操作数和运算结果。
（2）变址寄存器HX（IndexPointer）：
16位寄存器，H是高8位，X是低8位，可单独使用。
（3）堆栈指针SP（StackPointer）：
指向下一个栈地址的16位寄存器，堆栈指针SP采用递减的结构，即进栈时SP减1，出栈时SP加1。
（4）程序计数器PC（ProgramCounter）：
也是16位的，可寻址范围达64KBPC存放下一条指令的地址，在执行转移指令时存放转移地址，在执行中断指令时存放中断子程序入口地址。
（5）条件码寄存器CCR（ConditionCodeRegister）：
8位的寄存器，其中5位（除了中断屏蔽位I）用于指示执行完指令的结果状态，这些位可由程序来测试。
7.S08CPU的寻址方式：
（1）内在寻址方式（INH）
（2）立即寻址方式（IMM）
（3）直接寻址方式（DIR）
（4）扩展寻址方式（EXT）
（5）无偏移量变址方式（IX）
（6）8位偏移量变址方式（IX1）
（7）16位偏移量变址方式（IX2）
（8）相对变址寻址方式（REL）
（9）存储器：
直接地址—直接地址寻址方式（DD）
（10）存储器：
直接地址—变址、变址加1的寻址方式（DIX+）
（11）存储器：
立即数—直接地址寻址方式（IMD）
（12）存储器：
变址—直接地址、变址加1的寻址方式（IX+D）
（13）无偏移量变址、变址加1寻址方式（IX+）
（14）8位偏移量变址、变址加1寻址方式（IX1+）
（15）8位偏移量堆栈寻址方式（SP1）
（16）16位偏移量堆栈寻址方式（SP2）
8.S08CPU的指令系统：
（1）数据传送指令：
取数指令、存数指令、堆栈操作指令、寄存器间数据传送指令、存储器间数据传送指令。
（2）算术运算指令：
加减指令堆栈操作指令、乘/除法指令、加1/减1指令、取反/求补指令、比较指令、清零指令、测试是否为0指令、SP与HX增加指令。
（3）逻辑运算指令：
完成逻辑与、或、异或等操作。
（4）位操作类指令：
位测试、位置1、位清0等操作。
（5）移位类指令：
单向移位指令、循环移位指令。
（6）程序控制指令：
一般转移指令、特殊转移指令、跳转指令。
（7）其他指令。
第3章第一个样例程序及CodeWarrior工程组织
1.通用I/O接口：
I/O接口，即输入输出接口，是微控制器同外界进行交互的重要通道。
所谓通用I/O，也记为GPIO（GeneralPurposeI/O），即基本的输入/输出，有时也称并行I/O，或普通I/O，它是I/O的最基本形式。
2.上拉电阻和下拉电阻：
MCU的某个引脚通过一个电阻接到电源（Vcc）上，这个电阻被称为“上拉电阻”。
与之相对应，若MCU的某个引脚通过一个电阻接到地（GND）上，则相应的电阻被称为“下拉电阻”。
3.AW60的GPIO接口：
AW60有7个GPIO口，每个GPIO口的名称由一位英文字母组成，分别是A、B、C、D、E、F、G。
GPIO模块的每个口最多对应8个GPIO引脚，但各个GPIO口的编程寄存器均为8位，没有对应引脚的位无效。
GPIO的基本寄存器：
（1）端口数据方向寄存器（DDR）：
若为0，则为输入，若为1，则为输出。
（2）端口数据寄存器：
存放要输入或输出的数据。
第4章基于硬件构件的嵌入式系统开发方法
1.嵌入式系统开发主要存在以下两大问题:
硬件设计缺乏重用支持
驱动程序可移植性差
2.根据接口之间的生产消费关系，接口可分为两类:
提供接口和需求接口。
根据所拥有接口类型的不同，硬件构件分为三类：
核心构件、中间构件、终端构件。
第5章串行通信接口SCI
1.串行通信的概念：
SCI（standardnon-return-zeromark/spacedataformat）“标准不归零传号/空号数据格式，通常采用NRZ数据格式。
“不归零”的最初含义是：
用正、负电平表示二进制值，不使用零电平。
“mark/space”即“传号/空号”分别是表示两种状态的物理名称，逻辑名称记为“1/0”。
下图给出了8位数据、无校验情况的传送格式
2.奇偶校验：
字符奇偶校验检查（characterparitychecking）称为垂直冗余检查（verticalredundancychecking，VRC），它是每个字符增加一个额外位使字符中“1”的个数为奇数或偶数。
奇校验：
如果字符数据位中“1”的数目是偶数，校验位应为“1”，如果“1”的数目是奇数，校验位应为“0”。
偶校验：
如果字符数据位中“1”的数目是偶数，则校验位应为“0”，如果是奇数则为“1”。
3.串行通信的传输方式：
单工（Simplex）、全双工（Full-duplex）、半双工（Half-duplex）。
4.AW60的SCI模块的编程结构：
从程序员角度看，涉及SCI的有8个8位寄存器，其中2个波特率寄存器，1个数据寄存器，3个控制寄存器，2个状态寄存器。
SCI波特率计算公式：
SCI波特率=fBUSCLK/（16×BR），其中fBUSCLK为内部总线频率
SCI控制寄存器1（SCIxC1）用于设置SCI的工作模式，可选择运行模式、唤醒模式、空闲类型检测以及奇偶校验。
SCI控制寄存器2（SCIxC2）用于收/发及相关中断控制的设置。
5.SCI模块的编程结构：
（1）SCI构件的初始化功能函数：
voidSCIInit（uint8SCINo,uint8sysclk,uint16baud）{
uint16ubgs=0;
if（SCINo>2）
SCINo=2;//若传进的通道号大于2，则按照2来处理
//计算波特率并设置：
ubgs=fsys/（波特率*16）（其中fsys=sysclk*1000000）
ubgs=sysclk*（10000/（baud/100））/16;//理解参考上一行，此处便于CPU计算
SCI_BDH（SCINo）=（uint8）（（ubgs&0xFF00）>>8）;
SCI_BDL（SCINo）=（uint8）（ubgs&0x00FF）;
//无校验，正常模式（开始信号+8位数据（先发最低位）+停止信号）
SCI_C1（SCINo）=0b00000000;
//允许发送，允许接收，中断方式收发
SCI_C2（SCINo）=0b00001100;
}
（2）SCI构件的单字节发送功能函数：
voidSCISend1（uint8SCINo,uint8ch）{
if（SCINo>2）
SCINo=2;//若传进的通道号大于2，则按照2来处理
while（!
SCI_S1（SCINo）&0b1000000）;//判断发送缓冲区是否为空
SCI_D（SCINo）=ch;
}
（3）SCI构件的单字节接收功能函数：
uint8SCIRe1（uint8SCINo,uint8*p）{
uint16k;uint8i;
if（SCINo>2）
SCINo=2;//若传进的通道号大于2，则按照2来处理
for（k=0;k<0xFBBB;k++）{//有时间限制
if（SCI_S1（SCINo）&0b00100000）!
=0）{//判断接收缓冲区是否满
i=SCI_D（SCI_No）;
*p=0x00;
break;
}
}
if（k>=0xFBBB）{//接收失败
i=0xFF;
*p=0x01;
}
returni;
}
6.中断向量表：
中断向量表是一个指针数组，其中每一项都存放了中断处理函数的入口地址。
7.中断的处理过程一般为：
关中断、保护现场、执行中断服务程序、恢复现场、开中断。
8.AW60中断源：
AW60有26个中断源，按优先级从高到低的顺序分别是：
复位中断（1个）、SWI指令中断（1个）、引脚中断（1个）、低电压检测中断（1个）、ICG中断（1个）、定时器中断（10个）、SPI中断（1个）、SCI中断（6个）、键盘输入中断（1个）、ADC转换完成中断（1个）、I2C中断（1个）和实时中断（1个）。
26个中断源只有18个中断向量，有的是几个中断源使用同一个中断向量。
第6章GPIO的应用实例——键盘、LED与LCD
1.键盘
（1）AW60的键盘中断模块：
AW60单片机上的PTG0–PTG4、PTD2–PTD3、PTD7共8个引脚与键盘中断模块（KBI）的引脚复用。
键盘中断矢量地址：
$FFD2—$FFD3。
键盘中断初始化顺序：
先设置键盘中断状态和控制寄存器（KBI1SC），后设置键盘中断引脚使能寄存器（KBI1PE）。
（2）键盘编程扫描一次4X4键盘并返回扫描键值：
uint8KBScan1（）{
uint8line,i,tmp,tmp1,tmp2;
line=0b11111110;//是第一根行线为0（低电平）
for（i=0;i<4;i++）{
//当前扫描的一行，输出低电平
KB_GP=line;//输出开始扫描
asm（“NOP”）;
asm（“NOP”）;
//读取键盘口数据寄存器
tmp1=KB_DP;//输入扫描结果
tmp2=KB_GP;
//整合扫描结果，即键盘输入引脚的4位
tmp=（tmp1&0x80）;
tmp1&=0x0C;
tmp1=（tmp1<<3）;
tmp|=tmp1;
tmp|=（tmp2&0x1F）;
//通过观察4根列线中是否出现低电平来判断当前行有无按键
if（（tmp&0xF0）!
=0xF0）//当前行有按键按下
break;
line=（line<<1）|0x01;
}
returntmp;
}
2.数码管LED编程实例：
（1）LED的引脚使用：
利用MCU的PTB口控制8个位段（数据），PTB7–PTB0分别接h-a位段，PTD0，PTD1，PTD4，PTD5作为片选端（位控制）。
（2）LED编程结构：
voidLEDInit（）{//LED初始化
LEDdata_D=0xFF;
LEDcs_D=0x33;
}
voidLEDshow1（uint8I,uint8c）{//在LED上的第i位显示数字
LEDcs=CStable[i];
LEDdata=Dtable[i];
}
voidLEDshow（uint8*Buf）{//在LED上显示4个十进制数
uint8i,j,c;
for（i=0;i<4;i++）{
c=Buf[i]-‘0’;
LEDshow（3-I,c）;
//延时
for（j=0;j<100;j++）;
}
}
3.液晶LCD编程实例
（1）LCD的基本特点和分类方法
1）低电压微功耗，2）平板型结构，3）使用寿命长，4）被动显示，5）显示信息量大且易于彩色化，6）无电磁辐射
LCD的分类：
1）按电光效应分类，LCD可分为电场效应类，电流效应类，电热效应类和热效应类。
2）按现实内容分类，LCD可分为字段型，点阵字符型，点阵图形型。
3）按LCD的采光方式分类，分为带背光源与不带背光源两大类。
（2）HD44780：
HD44780的外部引脚一般有14条，其中有8条数据线，3条控制线。
HD44780指令集：
（要求RS=0）
1）R/W=0，DATA=00000001，清屏
2）R/W=0，DATA=0000001*，归位……
3）R/W=1，读忙操作。
（3）LCD的引脚使用
在实验板上LCD数据线7-14引脚分别MCU的PTA0-PTA7连接，LCD的控制线RS，R/W，E（4,5,6引脚）分别与MCU的PTC4，PTC6，PTF6连接。
（4）LCD编程结构：
voidLCDinit（void）{
uint16i;
//定义数据口（PTA0-PTA7）为输出
LCDdata_D=0b11111111;
//定义控制口（PTC4，PTC6）为输出
LCDctrlD1|=（1<LCDctrlD1|=（1<LCDctrl1&=~（1<LCDctrl1&=~（1<//定义控制口（PTF6）为输出
LCDctrlD2|=（1<LCDctrl2|=（1<//1功能设置
LCDcommand（0b00111000）;//5*7点阵模式，2行显示，8位数据总线
//2显示开关控制
LCDcommand（0b00001000）;//不闪烁，关光标显示，关显示
//3清屏并等待结束
LCDcommand（0b00000001）;
for（i=0;i<4000;i++）
asm（“NOP”）;
//4输入方式设置
LCDcommand（0b00000110）;//显示不移动，光标左移，数据读取后，AC自动加1
//5光标或画面移位设置
LCDcommand（0b00010100）;//光标右移一个字符位，AC自动加1
//6显示开关控制
LCDcommand（0b00001100）;//不闪烁，关光标显示，开显示。
}
voidLCDcommand（uint8cmd）{
uint16i;
//1等待>40us
for（i=0;i<1000;i++）
asm（“NOP”）;
//2数据送到LCD数据线上
LCDdata=cmd;
//3给出E信号的下降沿，将数据写入LCD中
LCDctrl2|=（1<asm（“NOP”）;
asm（“NOP”）;
asm（“NOP”）;
LCDctrl2&=~（1<//4等待>40us
for（i=0;i<1000;i++）
asm（“NOP”）;
}
第7章定时器模块
1.AW60内的计时器：
AW60提供两个独立的定时器，分别是TPM1和TPM2，其中TPM1有6个通道，TPM2有2个通道。
2.定时器模块的寄存器：
（1）状态和控制寄存器：
D7（TOF）定时器溢出标志位，D6（TOIE）定时器溢出中断允许位，D4、D3（CLKS）时钟源选择位，D2-D0（PS）定时器分频因子选择位。
（2）TPM计数寄存器（TPMxCNT）：
16位寄存器，每一计数周期自动加1，当时钟溢出时清零。
（3）TPM预置寄存器（TPMxMOD）:
16位寄存器，用于设定计数寄存器的计数溢出值。
3.分频因子p与预置寄存器的设定：
t=n/（fBUS/p），其中n为预置寄存器值
4.定时器编程结构：
voidTPMInit（uint8TPMNo）{
//参数溢出处理
if（TPMNo>2）
TPMNo=2;
elseif（TPMNo<1）
TPMNo=1;
//设置定时器状态
TPM_CSTR（0b00010110）;//分频因子64，设置为固定时钟频率：
2MHz，禁止溢出中断
//计数寄存器初值=0x0000
TPM_CNTH（TPMNo）=0x00;
TPM_CNTL（TPMNo）=0x00;
//预置寄存器设定值=0x7A12
TPM_MODH=0x7A;
TPM_MODL=0x12;
}
voidSecAdd1（uint8*p）{
*（p+2）+=1;//秒加1
if（*（p+2）>=60）{//秒溢出
*（p+1）+=1;//分加1
*（p+2）=0;//清秒
if（*（p+1）>=60）{//分溢出
*p+=1;//时加1
*（p+1）=0;//清秒
if（*p>=24）//时溢出
*p=0;//清时
}
}
}
5.AW60定时器的脉宽调制（PWM）：
分为两种模式，边沿对齐PWM和中心对齐PWM
voidPWM（uint8TPMNo,uint8CHNo,uint16Period,uint8Duty）{
uint16j;
TPM_CSTR（TPMNo）=0x00;
//计数寄存器初值=0x0000
TPM_CNTH（TPMNo）=0x00;
TPM_CNTL（TPMNo）=0x00;
//设置PWM波的周期=Period
TPM_MODH（TPMNo）=（uint8）（Period>>8）;
TPM_MODL（TPMNo）=（uint8）Period;
if（Duty>100）Duty=100;
elseif（Duty<0）Duty=0;
j=（Period/100）*Duty;
if（TPMNo<=1）{//定时器1
if（CHNo>5）CHNo=5;
//根据占空比，设置相应通道数值寄存器
TPM1_CHVH（CHNo）=（uint8）（j>>8）;
TPM1_CHVL（CHNo）=（uint8）j;
//设置定时器1通道状态和控制寄存器
TPM1_CHSCSTR（CHNo）=0b00101000;
}else{//定时器2
if（CHNo>2）CHNo=2;
//根据占空比，设置相应通道数值寄存器
TPM2_CHVH（CHNo）=（uint8）（j>>8）;
TPM2_CHVL（CHNo）=（uint8）j;
//设置定时器1通道状态和控制寄存器
TPM2_CHSCSTR（CHNo）=0b00101000;
}
第8章串行外设接口SPI
1.串行外设概念：
一种同步串行通讯接口，用于微处理器和外围扩展芯片之间的串行连接，现已发展成为一种工业标准。
时钟极性（CPHA）：
表示时钟信号在空闲时是高电平还是低电平。
时钟相位（CPOL）：
决定数据是在SPSCK的上升沿采样还是在SPSCK的下降沿采样。
2.SPI模块的时序：
确保发送数据在一周期开始的时刻上线，接收方在1/2周期的时刻从线上取数，这样是最稳定的通信方式。
3.AW60SPI模块编程
SPI模块有5个8位寄存器，分别是2个控制寄存器，1个波特率寄存器，1个状态寄存器和1个数据寄存器。
voidSPIInit（）{
SPI_CR1=0b01010000;//不产生中断，主机方式，时钟空闲低电平
SPI_CR2=0b00000000;
SPI_BR=0b01000001;
}
voidSPISendOntByte（uint8data）{
SPI_DR=data;
while（0==（SPI_SR&（1<}
voidSPIRecvOneByte（）{
while（0==（SPI_SR&（1<returnSPI_DR;
}
第9章Flash存储器在线编程
1.Flash存储器编程方法有：
写入器模式（监控模式）和在线编程模式（用户模式）
2.Flash存储器的基本特点：
固有不挥发性；易更新性；成本低、密度高、可靠性好。
3.Flash编程的基本操作有两种：
擦除（Erase）：
将存储单元的内容由二进制的0变成1
写入（Program）：
将存储单元的内容由二进制的1变成0
擦除和写入操作都是通过设置或清除Flash存储器的控制寄存器（FLCR）的某个或某些位来完成的。
4.Flash存储器的编程寄存器：
6个，对应地址为$1820-$1826
Flash时钟分频寄存器（FCDIV）、Flash选项寄存器（FOPT）、Flash配置寄存器（FCNFG）、Flash保护寄存器（FPROT）、Flash状态寄存器（FSTAT）、Flash命令寄存器（FCMD）
5.在运行flash擦除及写入程序时，flash区会被加上高于普通工作电压的编程电压，导致flash区读取不稳定，应该怎么解决此问题？
答：
为了使擦除，写入程序正常执行，需将擦除，写入子程序移入RAM中并转入RAM区执行。
为此需在RAM区开辟一个缓冲区，供程序移入使用。
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