STM32讲义1-概述

STM32ARM讲义第1章嵌入式系统概述EmbeddedSystemOverview2015.3STM32嵌入式系统课程内容1、嵌入式系统概述2、Cotex-M3微处理器3、STM32微控制器基本结构4、STM32程序设计5、GPIO原理及应用6、EXTI原理及应用7、USART原理及应用8、定时器原理及应用9、DMA原理及应用10、ADC原理及应用11、µC/OSII嵌入式操作系统基础12、µC/OSII内核机制13、嵌入式系统综合设计实例第1章嵌入式系统概述主要内容嵌入式系统简介嵌入式微控制器嵌入式操作系统STM32嵌入式系统的学习问题1.1嵌入式系统简介主要内容嵌入式系统定义嵌入式系统组成嵌入式系统特点嵌入式系统应用嵌入式系统分类嵌入式系统发展1.1.1嵌入式系统定义随着计算机技术、网络技术和微电子技术的快速发展，人们进入了后PC时代，后PC时代是一个嵌入式系统（EmbeddedSystem）的网络时代，嵌入式技术将主宰后PC时代。“嵌入式系统”实际上是“嵌入式计算机系统”的简称。对“嵌入式系统”有各种不同的定义。1.1.1嵌入式系统定义(2)一、嵌入式系统的定义从本质上来说，嵌入式系统是：“以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统”。嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的、隐藏在某种设备中的、计算机软硬件集合体，没有固定的特征形状的计算机系统。1.1.1嵌入式系统定义(3)嵌入式系统三要素：嵌入、专用、计算机•嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求•专用性：软、硬件按对象要求设计、裁减•计算机：实现对象的智能化功能，是计算机1.1.1嵌入式系统定义(5)二、嵌入式系统的其它定义1、IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义嵌入式系统是“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置”（Devicesusedtocontrol,monitor,orassisttheoperationofequipment,machineryorplants）。可以看出此定义是从应用上、功能上考虑的，嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机电等附属装置。1.1.1嵌入式系统定义(6)2、中国微机学会的定义嵌入式系统是以嵌入式应用为目的的计算机系统，可以分为芯片级、板卡级、系统级三种类型。芯片级嵌入的是含程序或算法的处理器；板卡级嵌入的是系统中的某个核心模块板；系统级嵌入的是主计算机系统。1.1.1嵌入式系统定义(7)3、国内有学者认为将一套计算机控制系统嵌入到具有某种完善的、特定功能的系统内（如各种机械设备），以实现对原有系统的计算机控制，这样的计算机控制系统叫做嵌入式系统。它通常由特定的功能模块组成，主要由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统、用户应用软件等部分组成。该定义把通用的PC机也包括进了嵌入式系统。1.1.1嵌入式系统定义(8)二、单片机和嵌入式系统单片机属于嵌入式系统，但功能不够强、性能不够高，是一种不够完善的嵌入式系统。把单片机归属于嵌入式系统，因此，嵌入式系统已经有几十年的历史了。单片机与嵌入式系统的区别，只有嵌入式系统的部分结构和部分功能：•单片机数据处理能力有限、处理速度有限，不能够用于所有的嵌入式系统•单片机不使用操作系统•单片机无网络功能、无文件系统功能等1.1.2嵌入式系统组成粗略划分：•嵌入式处理器•外围设备•嵌入式操作系统(可选)•嵌入式应用软件稍细划分：•嵌入式处理器•外围设备•驱动程序•嵌入式操作系统•应用接口•嵌入式应用软件1.1.2嵌入式系统的组成(2)软件部分硬件部分应用程序实时操作系统（RTOS）输入输出接口处理器/ARM核MMU/CacheSOC/SOPCUSBGPIOIISLCDUART和IrDAADC/DACFPGA/CPLDDSP/浮点运算协处理器DMA电源管理人机交互接口LCD/触摸屏、键盘、鼠标设备驱动程序、HAL、BSP文件系统/图形用户应用程序接口驱动层OS层应用层软件以太网看门狗及复位电路Timer/RTCCANFlashEEPROMSDRAMSRAM内存硬件1.1.3嵌入式系统的特点主要有以下几个方面的特点（特征）1、专用性强2、系统精简（功能单一）3、操作系统可有可无，内核小、实时性强4、程序固化在存储器中5、可靠性高6、需要专门工具开发和环境7、与被嵌入设备有机结合，生命周期长1.1.4嵌入式系统的应用嵌入式系统应用及其广泛，只要是用电的设备，都可以有嵌入式系统，对于日常生活用品，甚至于不用电的设备也可能有嵌入式系统。一、嵌入式技术无处不在①办公设备：复印机、传真机，PC机外围设备，键盘、鼠标、U盘、显示器、Modem、打印机、扫描仪等，含有数个甚至十数个嵌入式系统。②消费类产品：如MP3、照相机、摄像机、PDA、智能玩具，游戏机、学习机、网络家电、智能家电、便携视频机、导航仪、车载视频音响、竞赛设备、主持人设备等。1.1.4嵌入式系统的应用消费电子嵌入式系统应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备工业军事国防电子商务网络1.1.4嵌入式系统的应用(3)嵌入式系统的应用领域•工业控制•仪器仪表•日常生活•科学研究•军事国防•航空航天•医疗卫生•文化教育•广播电视•电信•网络•交通运输•水利•电力•农业•气象等1.1.4嵌入式系统的应用(3’)当前我国的主要应用领域客户分布：主要在电信、医疗、汽车、安全、工业控制和消费类等行业。产品分布：主要在消费类电子、通信、医疗、安全等行业。其中在消费类电子领域占最大的市场份额。发展重点：移动多媒体、数字娱乐、手机终端、汽车电子、医疗产品等，成为嵌入式系统应用市场的发展重点。计算机应用领域的划分服务器服务器服务器桌面通用型高端服务型小型专用型嵌入式Internet应用后PC时代产品的蓬勃发展1.1.4嵌入式系统的应用(5)嵌入式技术的应用－手机韩国电信手机/电视遥控器二合一产品SonyEricsson超小型手机电脑手机放在底座上成为电脑Nokia手机户外音响内置DVB-H移动电视手机普通手机智能手机–与PDA结合智能家居智能家电Roto-Rooter公司马桶组合笔记本/ipod/冰箱/Xbox360/健身高科技的捕鼠器遮断红外线光束掉下笼子DangerBomb闹钟不起床就爆炸啰配备电子食谱的锅铲coo.boo智能型垃圾桶i.Master浙江大学智能割草机浙江大学显示营养智能果汁机嵌入式技术的应用－智能家居嵌入式技术的应用－PDA个人信息助理掌上电脑PDA手机+GPS导航＝DopodU1000，且支持SkyPEMap-Star的GPS定位设备华硕GPS导航器GPS导航器Nokia6110四频HSDPA/GPS导航器嵌入式技术的应用－PMPiLuv可即时将视频录制到iPod/闪存卡上，与以前技术相反Sony家用影音综合设备XtremeMac开发的iPod音箱IPEVO支持Skype电话Nike的iPod帽MeizuM8IpodnanoArchos带Wifi的704PortableMediaPlayer(便携式媒体播放器)录音笔FLY数字笔–能“看懂”在专用纸上所写的内容–能“阅读”写作和纠正语法错误–完成简单的算术运算–将英文互相翻译成西班牙文等Genius数字便笺–存储100页便笺–2000LPI分辨率–32MB板载内存–可通过USB连接电脑–笔迹识别软件PolymerVision手机书嵌入式技术的应用－办公用品嵌入式技术的应用－手表MartinFrey手表–日程表、和手机联动–获取网络连接和GPS定位信息手表手机：M300–1英寸的显示屏、USB接口–可播放音乐、支持蓝牙Nike的Speed+手表–结合iPod和运动计测韩国防性罪犯的电子手镯–可追踪罪犯的定位和坐标爱国者视频MP4手表嵌入式技术的应用－运动玩具游戏GTX公司定位的运动跑鞋–内置的GPS接收器和可充电电池遥控蜻蜓次世代三大主流–三款主机Xbox360，WII，PS3GameCubeXboX360PS3Wii,手柄,手套,枪嵌入式技术的应用－摄像器材数码相机DV嵌入式技术的应用－多媒体终端IP电话视频会议可视电话视频电话语音识别电话网络视频电话IP电话嵌入式技术的应用－家庭音响引入计算机技术的音响配备B&O与Core2Duo的P.Guerra家庭影院SonosZP80无线音响LGHDDVD/蓝光播放器Motorola支持M卡的HDDVR录像机iPhone嵌入式技术的应用－电视高清电视数字电视立体显示技术LG内置数字录像机的LCDTV能输出1080p高画质影像的iPodDock数字电视机顶盒投影机，家庭影院、教学嵌入式技术的应用－通讯设备有计算机能力的各种通讯设备路由器/交换机/防火墙等Buffalo路由器/USB网卡套装VPN产品千兆网关防火墙嵌入式技术的应用－仪器仪表DCG(动态心电图仪)便携式多参数监护仪中医指套传感器脉象虚拟仪器推拿手法测试仪电动机故障状态监测保护系统监控仪手持仪嵌入式技术的应用－交通相关汽车电子–处理器个数可达三位数–车载：娱乐、定位、导航–车控：ABS(防抱死系统)、EBD(制动力分配控制)等其他中国版月球车汽车立体声音响HDRadio扩展包改装遮阳板DVD/TV/MP3嵌入式技术的应用－新兴硬件GPS/蓝牙双拼模块芯片龙芯2号增强型处理器芯片Intel进入二十倍数时代，五年后给我们八十核心处理器服用的RFID芯片IntelTolapai计划要把南北桥、存储控制器做在CPU芯片中汽车电子：18个嵌入式控制模块、CAN总线网络军事国防领域作战指挥系统：夜视扫描、全球定位、指挥通信航天领域火星探路者--基于VXworks1.1.4嵌入式系统的应用(6)二、从芯片和产品市场来看嵌入式系统的应用•用于嵌入式系统设计与制造的CPU，每年大概有10---20亿片。•据统计，每年只有2%左右的计算机芯片用在台式PC或便携式电脑上的，而98%的CPU或微控制器用在了嵌入式系统上。•每年大约有1万个新的嵌入式系统产品投入生产，而且越来越多的系统需要复杂的嵌入式操作系统。1.1.5嵌入式系统分类•按表观形式（硬件范畴）芯片级嵌入(含程序和算法的处理器、单片机)模块级嵌入（系统中的某个核心模块）系统级嵌入（系统中的电路板）•按实时性要求（软件范畴）非实时系统（如PDA等）软实时系统（消费类产品如MP3、MP4等）硬实时系统（导引头等工业和军工系统）嵌入式处理器分类•按存储器结构分（数据存储器、程序存储器）普林斯顿结构（冯.诺依曼结构）：同一空间哈佛结构：两个空间（两套总线）•按处理器结构分CISC、RISC：复杂、精简指令处理器•按处理器功能分MPU：如MCS-51、ARM、Intel、DSP等系列MCU：如MCS-51、ARM、MIPS系列SOC、SOPC：片上系统、可编程片上系统PLD/FPGA+IP+EDA--SOC/SOPC1.1.6嵌入式系统的发展嵌入式系统的发展可以分为单片微机SCM、微控制器MCU、SOC/SOPC三个阶段。嵌入式系统的诞生由于单片机是伴随着微机诞生的，单片机属于嵌入式系统，因此嵌入式系统是伴随着微机诞生的。1971年Intel公司首先开发出了第一片4位微处理器4004，主要用于家用电器、计算器、高级玩具中。4004的问世标志着嵌入式系统的诞生。1.1.6嵌入式系统的发展(2)1、SCM阶段即单片微机(SingleChipMicrocomputer)、单片机阶段主要标志：是将微机的几部分集成在一个芯片中代表机型：主要有Intel的MCS-48、MCS-51、MCS-96/98等。1.1.6嵌入式系统的发展(3)2、MCU阶段即微控制器（MicroControllerUnit）阶段主要标志：除了将微机的几部分集成在一个芯片中外，把控制所常用到的电路也集成到芯片中，如A/D、D/A、RTC、PWM、USB、Watchdog等。Philips公