ARM Cortex-M0全可程式SoC原理及實現

內容簡介

本書以ARM公司免費開放的CortexM0 DesignStart處理器 IP核為基礎，少厚以CortexM0處理器架構、AMBA規範、外設、彙編語言、C語言、CMSIS、驅動程式開發以及RTX作業系統為主線，詳細介紹了通過Xilinx Vivado以及Keil μVision5集成開發環境構建CortexM0全可程式嵌入式系統的硬體和軟體設計方法。

全書共分18章，主要內容包括：全可程式SoC設計導論、CortexM0 CPU結構、CortexM0指令集、CortexM0低功耗特性、AHBLite匯流排結構分析、CortexM0彙編語言編程基礎、CortexM0 DesignStart架構、Xilinx Artix7 FPGA結構、CortexM0嵌入式系統設計與實現、7段數碼管控制器設計與實現、中斷系統設計與實現、定時器設計與實現、UART串口控制器設計與實現、VGA控制器設計與實現、DDR3存儲器系統設計與實現、CortexM0 C語言編程基礎、CMSIS和驅動程式開發、RTX作業系統原理及套用。

本書可作為講授ARM Cortex棗歸習M0嵌入式系統課程以及CortexM0可程式SoC系統設計課程的教學參考用書，也可作為學習Xilinx Vivado集成開發環境和Verilog HDL語言的參考用書。

圖書目錄

第1章全可程式SoC設計導論

1.1SoC基礎知識

1.1.1SoC的概念

1.1.2SoC與MCU及CPU的比較

1.1.3典型的商用SoC器件

1.2SoC設計流程

1.3SoC體恥巴旋檔系架構

1.4全可程式SoC技術

1.4.1基於軟核的全可程式SoC

1.4.2基於硬核的全可程式SoC

1.5全可程式SoC設計流程

第2章CortexM0 CPU結構

2.1ARM處理器類型

2.2CortexM系列處理器概述

2.2.1CortexM系列處理器的特點

2.2.2CortexM系列芝台達處理器的性能參數

2.3CortexM0處理器性能和結構

2.3.1CortexM0處理器的性能

2.3.2CortexM0處理器的結構

2.4CortexM0處理器暫存器組

2.4.1通用暫存器

2.4.2堆疊指針

2.4.3程式計數器

2.4.4連結暫存器

2.4.5組合程式狀態暫存器

2.4.6中斷禁止特殊暫存器

2.4.7特殊暫存器

2.5CortexM0存儲器空間映射

2.6CortexM0程式鏡像原理及生成方法

2.7CortexM0的端及分配

2.8CortexM0處理器異常及處理

2.8.1異常原理

2.8.2異常優先權

2.8.3向量表

2.8.4異常類型

第3章CortexM0指令集

3.1Thumb指令集

3.2CortexM0彙編語言格己腿樂式

3.3暫存器訪問指令： MOVE

3.4存儲器訪問指令： LOAD

3.5存儲器訪問指令： STORE

3.6多數據訪問指令： LDM和STM

3.7堆疊訪問指令： PUSH和POP

3.8算術運算指令

3.8.1加法指令

3.8.2減法指令

3.8.3乘法指令

3.8.4比較指令

3.9邏輯操作指令

3.10移位操作指令

3.10.1右移指令

3.10.2左移指令

3.11反序操作指令

3.12擴展操作指令

3.13程式流控制指令

3.14存儲器禁止指令

3.15異常相關指令

3.16休眠相關指令

3.17其他指令

3.18數據插入和對齊操作

第4章CortexM0低功耗特性

4.1低功耗要求

4.2CortexM0低功耗特性及優勢

4.2.1CortexM0低功耗特性

4.2.2CortexM0低功耗結構

4.3Cortex轎墊嚷龍M0休眠模式

4.4喚醒中斷控制器

4.5降低功耗的其他方法

第5章AHB境燥笑Lite匯流排結構分析

5.1匯流排及分類

5.1.1匯流排的概念

5.1.2匯流排分類

5.2ARM AMBA系統匯流排

5.3AMBA3 AHBLite匯流排

5.3.1AHBLite概述

5.3.2AHBLite匯流排操作

5.4AHBLite匯流排結構

5.4.1全局信號

5.4.2AHBLite主設備接口

5.4.3AHBLite從設備接口

5.4.4地址解碼器和多路復用器

5.5AHBLite匯流排時序

5.5.1無等待基本讀傳輸

5.5.2有等待基本讀傳輸

5.5.3無等待基本寫傳輸

5.5.4有等待基本寫傳輸

5.6硬體實現

第6章CortexM0彙編語言編程基礎

6.1Keil MDK開發套件

6.1.1下載MDK開發套件

6.1.2安裝MDK開發套件

6.1.3MDK程式處理流程

6.2CortexM0彙編語言程式設計

6.2.1建立新設計工程

6.2.2工程參數設定

6.2.3添加彙編檔案

6.2.4彙編語言語法

6.3.lst檔案分析

6.4.map檔案分析

6.5.hex檔案分析

6.6軟體仿真和調試

6.6.1查看CortexM0暫存器內容

6.6.2查看CortexM0存儲器內容

6.6.3查看監視視窗的內容

6.7彙編語言其他常用語法介紹

6.7.1標識符的命名規則

6.7.2變數

6.7.3常數

6.7.4EQU命令

6.7.5IMPORT/EXTERN命令

6.7.6子程式調用

6.7.7宏定義和使用

第7章CortexM0 DesignStart架構

7.1獲取CortexM0 DesignStart

7.2CortexM0 DesignStart頂層符號

7.2.1中斷

7.2.2狀態輸出

7.2.3事件信號

7.3AHBLite接口

7.4將CortexM0 DesignStart集成到系統的方法

第8章XILINX Artix7 FPGA結構

8.1Artix7器件邏輯資源

8.2可配置邏輯塊

8.2.1可配置邏輯塊概述

8.2.2查找表

8.2.3多路復用器

8.2.4進位邏輯

8.2.5存儲元素

8.2.6分散式RAM（只有SLICEM）

8.2.7唯讀存儲器（ROM）

8.2.8移位暫存器（只有SLICEM）

8.3時鐘資源和時鐘管理單元

8.3.17系列FPGA時鐘資源

8.3.27系列內部時鐘結構

8.3.37系列FPGA時鐘管理模組

8.4塊存儲器資源

8.5專用的DSP模組

8.6輸入/輸出塊

8.6.1I/O特性概述

8.6.2Artix7中的I/O列和類型

8.6.3I/O電氣資源

8.6.4I/O邏輯資源

8.7XADC模組

8.8吉比特收發器

8.9PCIE模組

8.10配置模組

8.11互連資源

第9章CortexM0嵌入式系統設計與實現

9.1設計目標

9.2CortexM0 SoC系統的構建

9.2.1啟動Vivado 2016集成開發環境

9.2.2創建新的設計工程

9.2.3添加CortexM0處理器源檔案

9.2.4添加系統主時鐘IP核

9.3設計檔案修改和分析

9.3.1AHB匯流排地址解碼器

9.3.2AHB匯流排從設備多路復用器

9.3.3AHB片上存儲器外設

9.3.4AHB LED外設

9.3.5AHBLITE_SYS頂層檔案

9.4程式代碼的編寫

9.4.1建立新設計工程

9.4.2工程參數設定

9.4.3添加和編譯彙編檔案

9.4.4分析HEX檔案與彙編檔案的關係

9.4.5添加HEX檔案到當前工程

9.5RTL詳細描述和分析

9.6仿真原理和行為級仿真

9.6.1仿真實現的不同功能

9.6.2Vivado所支持的仿真工具

9.6.3行為級仿真實現

9.6.4添加信號並仿真

9.6.5仿真結果分析

9.7設計綜合和分析

9.7.1綜合過程的關鍵問題

9.7.2設計綜合選項

9.7.3Vivado支持的屬性

9.7.4執行設計綜合

9.7.5查看綜合報告

9.8創建實現約束

9.8.1實現約束的原理

9.8.2I/O規劃器功能

9.8.3引腳位置約束的實現

9.9設計實現和分析

9.9.1實現過程原理

9.9.2設計實現選項

9.9.3設計實現

9.9.4查看布局布線後的結果

9.9.5查看實現後的報告

9.9.6功耗分析

9.9.7靜態時序分析

9.10實現後時序仿真

9.11生成編程檔案

9.12下載比特流檔案到FPGA

9.13生成並下載外部存儲器檔案

第10章7段數碼管控制器設計與實現

10.1設計目標

10.2打開前面的設計工程

10.3添加並分析7段數碼管控制器源檔案

10.3.1添加7段數碼管控制器源檔案

10.3.2分析7段數碼管控制器源檔案

10.4修改並分析頂層設計檔案

10.5編寫程式代碼

10.5.1建立新設計工程

10.5.2工程參數設定

10.5.3添加和編譯彙編檔案

10.5.4添加HEX檔案到當前工程

10.6設計綜合

10.7添加約束條件

10.8設計實現

10.9下載比特流檔案

10.10系統線上調試原理

10.11系統線上調試實現

10.11.1建立新的調試工程

10.11.2添加調試網路

10.11.3線上測試分析

第11章中斷系統設計與實現

11.1設計目標

11.2中斷控制器原理

11.2.1NVIC特點

11.2.2NVIC映射

11.2.3NVIC暫存器

11.3進入和退出異常句柄的過程

11.3.1進入中斷句柄的過程

11.3.2退出中斷句柄的過程

11.4打開前面的設計工程

11.5添加並分析按鍵消抖模組源檔案

11.5.1添加按鍵消抖模組源檔案

11.5.2分析按鍵消抖模組源檔案

11.6修改並分析頂層設計檔案

11.7編寫程式代碼

11.7.1建立新設計工程

11.7.2工程參數設定

11.7.3軟體初始化中斷

11.7.4添加和編譯彙編檔案

11.7.5添加HEX檔案到當前工程

11.8設計綜合

11.9添加約束條件

11.10設計實現

11.11下載比特流檔案

第12章定時器設計與實現

12.1設計目標

12.2打開前面的設計工程

12.3添加並分析定時器模組源檔案

12.3.1定時器模組設計原理

12.3.2添加定時器源檔案

12.3.3分析定時器源檔案

12.4修改並分析頂層設計檔案

12.5編寫程式代碼

12.5.1建立新設計工程

12.5.2工程參數設定

12.5.3添加和編譯彙編檔案

12.5.4添加HEX檔案到當前工程

12.6設計綜合

12.7設計實現

12.8下載比特流檔案

第13章UART串口控制器設計與實現

13.1設計目標

13.2串列通信基礎

13.2.1串列和並行通信之間的比較

13.2.2串列通信的類型

13.3通用異步收發數據格式和編碼

13.3.1數據格式

13.3.2字元編碼規則

13.4UART串口控制器的實現原理

13.4.1UART傳送器

13.4.2UART接收器

13.4.3傳送器/接收器FIFO

13.5打開前面的設計工程

13.6添加並分析UART模組源檔案

13.6.1添加UART模組源檔案

13.6.2分析UART模組源檔案

13.7修改並分析頂層設計檔案

13.8編寫程式代碼

13.8.1建立新設計工程

13.8.2工程參數設定

13.8.3添加和編譯彙編檔案

13.8.4添加HEX檔案到當前工程

13.9設計綜合

13.10添加約束條件

13.11設計實現

13.12下載比特流檔案

第14章VGA控制器設計與實現

14.1設計目標

14.2VGA工作原理

14.2.1VGA連線器

14.2.2CRT原理

14.2.3VGA接口信號

14.2.4VGA時序

14.3VGA顯示硬體實現原理

14.3.1VGA圖像緩衝區

14.3.2VGA控制台

14.3.3VGA控制器存儲器空間

14.4打開前面的設計工程

14.5添加並分析VGA模組源檔案

14.5.1添加VGA模組源檔案

14.5.2分析VGA模組源檔案

14.6修改其他設計

14.6.1添加並分析頂層設計檔案

14.6.2修改時鐘生成器輸出頻率

14.6.3修改波特率時鐘

14.7編寫程式代碼

14.7.1建立新設計工程

14.7.2工程參數設定

14.7.3添加和編譯彙編檔案

14.7.4添加HEX檔案到當前工程

14.8設計綜合

14.9添加約束條件

14.10設計實現

14.11下載比特流檔案

第15章DDR3存儲器系統設計與實現

15.1計算機搭載的存儲器設備

15.2存儲器類型

15.2.1易失性存儲器

15.2.2非易失性存儲器

15.3系統設計目標

15.3.1硬體構建目標

15.3.2軟體編程目標

15.4DDR3 SDRAM控制器設計原理

15.4.1DDR3 SDRAM存儲器結構

15.4.2DDR3 SDRAM控制器結構

15.4.3DDR3 SDRAM的讀寫訪問時序

15.5DDR3 SDRAM控制器系統設計與實現

15.5.1打開前面的設計工程

15.5.2設計DDR3 SDRAM存儲器控制器

15.5.3修改系統設計檔案

15.5.4編寫程式代碼

15.5.5設計綜合

15.5.6設計實現

15.5.7下載比特流檔案

第16章CortexM0 C語言編程基礎

16.1C語言處理流程

16.2C語言鏡像檔案內容和存儲

16.2.1C語言鏡像檔案的內容

16.2.2C語言鏡像檔案的存儲位置

16.3啟動代碼的分析

16.4C語言中數據的存儲空間

16.5C語言數據類型及實現

16.5.1C語言支持的數據類型

16.5.2數據類型修飾符

16.6C語言編程CortexM0

16.6.1定義中斷向量表

16.6.2定義堆和堆疊

16.6.3讀寫外設暫存器

16.6.4彙編調用C函式

16.6.5C語言調用彙編語言

16.6.6C語言嵌入彙編語言

16.7C語言驅動的設計和實現

16.7.1打開前面的設計工程

16.7.2建立新的軟體設計工程

16.7.3軟體工程參數設定

16.7.4創建並添加彙編檔案

16.7.5創建並添加頭檔案

16.7.6創建並添加C檔案

16.7.7添加HEX檔案到當前工程

16.7.8設計綜合

16.7.9設計實現

16.7.10下載比特流檔案

16.8C語言重定向及實現

16.8.1打開前面的設計工程

16.8.2打開前面的軟體設計工程

16.8.3修改啟動引導檔案

16.8.4導入並修改retarget.c檔案

16.8.5修改C設計檔案

16.8.6添加HEX檔案到當前工程

16.8.7設計綜合

16.8.8設計實現

16.8.9下載比特流檔案

第17章CMSIS和驅動程式開發

17.1引入CMSIS的必要性

17.2CMSIS的優勢

17.3CMSIS的框架

17.4使用CMSIS訪問不同資源

17.4.1訪問NVIC

17.4.2訪問特殊暫存器

17.4.3訪問特殊指令

17.4.4訪問系統

17.5軟體驅動程式的設計

17.5.1軟體驅動程式的功能

17.5.2AHB外設驅動設計

17.6動態圖形互動系統設計

17.6.1動態圖形互動硬體平台

17.6.2觸控螢幕顯示控制方法

17.6.3觸控螢幕觸摸控制方法

17.6.4打開前面的設計工程

17.6.5觸控螢幕控制器模組的設計實現

17.6.6修改頂層設計檔案

17.6.7C語言程式的設計和實現

17.6.8設計綜合

17.6.9添加約束條件

17.6.10設計實現

17.6.11下載比特流檔案

第18章RTX作業系統原理及套用

18.1RTOS的優勢

18.2作業系統的概念

18.3作業系統支持特性

18.3.1SysTick定時器

18.3.2堆疊指針

18.3.3SVC

18.3.4PendSV

18.4RTX核心架構的特點

18.5RTX的具體實現過程

18.5.1實現目標

18.5.2打開前面的工程

18.5.3修改工程屬性設定

18.5.4修改啟動代碼

18.5.5導入RTX_Config.c檔案

18.5.6修改main.c檔案

18.5.7軟體調試和測試

18.6RTX核心功能

18.6.1定時器滴答中斷

18.6.2系統任務管理器

18.6.3任務管理

18.6.4空閒任務

18.6.5系統資源

18.6.6任務調度策略

18.6.7優先權倒置

18.6.8堆疊管理

18.6.9用戶定時器

18.6.10中斷函式

ARM Cortex-M0全可程式SoC原理及實現

基本介紹

內容簡介

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