嵌入式技術基礎與實踐

本書以意法半導體(ST)ARM CortexM4內核的STM32L431微控制器為藍本，以知識要素為核心，以構件化為基礎闡述嵌入式技術基礎與實踐，同時本書隨附實踐硬件系統。全書共12章，第1章在運行一個嵌入式系統實例的基礎上簡要闡述嵌入式系統的知識體系、學習誤區與學習建議； 第2章給出ARM CortexM4微處理器簡介； 第3章給出MCU存儲器映像、中斷源與硬件最小系統； 第4章以GPIO為例給出規範的工程組織框架，闡述底層驅動的應用方法； 第5章闡述嵌入式硬件構件與底層驅動構件基本規範； 第6章給出串行通信模塊及第一個帶中斷的實例； 第1~6章囊括了學習一個微控制器入門環節的完整要素； 第7~11章分別給出SysTick、Timer、PWM、Flash在線編程、ADC、DAC、SPI、I2C、TSC、CAN、DMA、位帶操作、系統時鐘、復位模塊、看門狗及電源控制模塊等內容； 第12章給出RTOS、嵌入式人工智能、NBIoT、4G、WiFi及WSN等應用案例。 本書提供了電子教學資源，內含芯片資料、使用文檔、硬件說明、源程序等，還製作了課件及微課視頻。 本書適用於高等學校嵌入式系統的教學及技術培訓，也可供嵌入式系統與物聯網應用技術人員作為研發參考。

王宜懷，男，1962年生，博士，蘇州大學計算機科學與技術學院教授、軟件工程系主任、博士生導師；蘇州大學嵌入式系統與物聯網研究所所長、閩江學者講座教授；江蘇省計算機學會嵌入式系統與物聯網專委主任，蘇州市政協常委。曾獲國家精品在線開放課程、蘇州大學五四青年特別感謝獎、高尚師德獎等。致力於嵌入式人工智能與物聯網等方向研究與教學工作，撰寫《嵌入式技術基礎與實踐》（1～5版）等著作十餘部。

Contents
目錄
第1章概述
1．1初識嵌入式系統
1．1．1運行硬件系統
1．1．2實踐體系簡介
1．1．3編譯、下載與運行第一個嵌入式程序
1．2嵌入式系統的定義、發展簡史、分類及特點
1．2．1嵌入式系統的定義
1．2．2嵌入式系統的由來及發展簡史
1．2．3嵌入式系統的分類
1．2．4嵌入式系統的特點
1．3嵌入式系統的學習困惑、知識體系及學習建議
1．3．1嵌入式系統的學習困惑
1．3．2嵌入式系統的知識體系
1．3．3基礎階段的學習建議
1．4微控制器與應用處理器簡介
1．4．1MCU簡介
1．4．2以MCU為核心的嵌入式測控產品的基本組成
1．4．3MAP簡介
1．5嵌入式系統常用術語
1．5．1與硬件相關的術語
1．5．2與通信相關的術語
1．5．3與功能模塊相關的術語
本章小結
習題

第2章ARM CortexM4微處理器
2．1ARM CortexM4微處理器簡介
2．1．1ARM CortexM4微處理器內部結構概要
2．1．2ARM CortexM4微處理器的內部寄存器
2．2尋址方式與機器碼獲取方法
2．2．1指令保留字簡表與尋址方式
2．2．2指令的機器碼
2．3基本指令分類解析
2．3．1數據傳送類指令
2．3．2數據操作類指令
2．3．3跳轉控制類指令
2．3．4其他指令
2．4彙編語言的基本語法
2．4．1彙編語言的格式
2．4．2常用偽指令簡介
本章小結
習題

第3章存儲器映像、中斷源與硬件最小系統
3．1STM32L4系列MCU概述
3．1．1STM32L4系列MCU命名規則
3．1．2STM32L4存儲器映像
3．1．3STM32L4中斷源
3．2STM32L4芯片的引腳圖與硬件最小系統
3．2．1STM32L4芯片的引腳圖
3．2．2STM32L4硬件最小系統原理圖
3．3由MCU構建通用嵌入式計算機
3．3．1嵌入式終端開發方式存在的問題與解決辦法
3．3．2提出GEC概念的時機、GEC定義與特點
3．3．3由STM32L431芯片構成的GEC
本章小結
習題

第4章GPIO及程序框架
4．1GPIO通用基礎知識
4．1．1GPIO概念
4．1．2輸出引腳的基本接法
4．1．3上拉、下拉電阻與輸入引腳的基本接法
4．2軟件干預硬件的方法
4．2．1GPIO構件API
4．2．2GPIO構件的輸出測試方法
4．3認識工程框架
4．3．1工程框架及所含文件簡介
4．3．2了解機器碼文件及芯片執行流程簡
4．4GPIO構件的製作過程
4．4．1端口與GPIO模塊
4．4．2GPIO基本編程步驟並點亮一盞小燈
4．4．3GPIO構件的設計
4．5第一個彙編語言工程： 控制小燈閃爍
4．5．1彙編工程文件的組織
4．5．2彙編語言小燈測試工程主程序
4．6實驗一熟悉實驗開發環境及GPIO編程
本章小結
習題

第5章嵌入式硬件構件與底層驅動構件基本規範
5．1嵌入式硬件構件
5．1．1嵌入式硬件構件概念及其分類
5．1．2基於嵌入式硬件構件的電路原理圖設計簡明規則
5．2嵌入式底層驅動構件的概念與層次模型
5．2．1嵌入式底層驅動構件的概念
5．2．2嵌入式硬件構件與軟件構件結合的層次模型
5．2．3嵌入式軟件構件分類
5．3底層驅動構件的封裝規範
5．3．1構件設計的基本思想與基本原則
5．3．2編碼風格基本規範
5．3．3頭文件的設計規範
5．3．4源程序文件的設計規範
5．4硬件構件及其驅動構件的複用與移植方法
5．4．1硬件構件的複用與移植
5．4．2驅動構件的移植
本章小結
習題

第6章串行通信模塊及第一個中斷程序結構
6．1異步串行通信的通用基礎知識
6．1．1串行通信的基本概念
6．1．2RS232和RS485總線標準
6．1．3TTLUSB串
6．1．4串行通信編程模型
6．2基於構件的串行通信編程方法
6．2．1STM32L431芯片UART對外引腳
6．2．2UART構件API
6．2．3UART構件API的發送測試方法
6．2．4printf函數的設置方法與使用
6．3UART構件的製作過程
6．3．1UART寄存器概述
6．3．2利用直接地址操作的串口發送打通程序
6．3．3UART構件設計
6．4中斷機制及中斷編程步驟
6．4．1關於中斷的通用基礎知識
6．4．2ARM CortexM4非內核模塊中斷編程結構
6．4．3STM32L431中斷編程步驟——以串口接收中斷為例
6．5實驗二串口通信及中斷實驗
本章小結
習題

第7章定時器相關模塊
7．1定時器通用基礎知識
7．2STM32L431中的定時器
7．2．1ARM CortexM內核定時器SysTick
7．2．2實時時鐘模塊
7．2．3Timer模塊的基本定時功能
7．3脈寬調製
7．3．1脈寬調製通用基礎知識
7．3．2基於構件的PWM編程方法
7．3．3脈寬調製構件的製作過程
7．4輸入捕捉與輸出比較
7．4．1輸入捕捉與輸出比較通用基礎知識
7．4．2基於構件的輸入捕捉和輸出比較編程方法
7．4．3輸入捕捉和輸出比較構件的製作過程
7．5實驗三定時器及PWM實驗
本章小結
習題

第8章Flash在線編程、ADC與DAC
8．1Flash在線編程
8．1．1Flash在線編程的通用基礎知識
8．1．2基於構件的Flash在線編程方法
8．1．3Flash構件的製作過程
8．2ADC
8．2．1ADC的通用基礎知識
8．2．2基於構件的ADC編程方法
8．2．3ADC構件的製作過程
8．3DAC
8．3．1DAC的通用基礎知識
8．3．2基於構件的DAC編程方法
8．4實驗四ADC實驗
本章小結
習題

第9章SPI、I2C與TSC模塊
9．1串行外設接口SPI模塊
9．1．1串行外設接口SPI的通用基礎知識
9．1．2基於構件的SPI通信編程方法
9．1．3SPI構件的製作過程
9．2集成電路互聯總線模塊
9．2．1集成電路互聯總線的通用基礎知識
9．2．2基於構件的I2C通信編程方法
9．2．3I2C構件的製作過程
9．3觸摸感應控制器模塊
9．3．1觸摸感應控制器的基本原理
9．3．2基於構件的TSC編程方法
9．3．3TSC構件的製作過程
9．3．4模擬觸摸感應輸入功能
9．4實驗五SPI通信實驗
本章小結
習題

第10章CAN總線、DMA與位帶操作
10．1CAN總線
10．1．1CAN總線的通用基礎知識
10．1．2基於構件的CAN編程方法
10．1．3CAN構件的製作過程
10．2DMA
10．2．1DMA的通用基礎知識
10．2．2基於構件的DMA編程方法
10．2．3DMA構件的製作過程
10．3位帶操作
10．3．1位帶操作的基本含義
10．3．2使用位帶操作的緣由及編程方法
本章小結
習題

第11章系統時鐘與其他功能模塊
11．1時鐘系統
11．1．1時鐘系統概述
11．1．2時鐘模塊寄存器及編程實例
11．2復位模塊與看門狗模塊
11．2．1復位模塊
11．2．2看門狗
11．3電源控制模塊與CRC校驗模塊
11．3．1電源控制模塊
11．3．2校驗模塊
11．4實驗六綜合實驗
本章小結
習題

第12章應用案例
12．1嵌入式系統的穩定性問題
12．2外接傳感器及執行部件的編程方法
12．2．1開關量輸出類驅動構件
12．2．2開關量輸入類驅動構件
12．2．3聲音與加速度傳感器驅動構件
12．3實時操作系統的簡明實例
12．3．1無操作系統與實時操作系統
12．3．2RTOS中的常用基本概念
12．3．3線程的三要素、4種狀態及3種基本形式
12．3．4RTOS下的編程實例
12．4嵌入式人工智能的簡明實例
12．4．1EORS簡介
12．4．2AHLEORS的數據採集與訓練過程
12．4．3在通用嵌入式計算機GEC上進行的推理過程
12．5NBIoT的應用簡介
12．5．1NBIoT應用架構
12．5．2AHLNBIoT開發套件簡介
12．5．3NBIoT的數據傳輸
12．64G、Cat1、WiFi及WSN的應用
12．6．14G通信
12．6．2Cat1通信
12．6．3WiFi通信
12．6．4WSN
12．6．5WiFi 與WSN相結合系統

參考文獻