基于32位ColdFire構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)

第1章 概述 1
1.1 嵌入式系統(tǒng)定義、由來及特點 1
1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的定義 1
1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的由來及其與微控制器的關(guān)系 2
1.1.3 嵌入式系統(tǒng)的特點 3
1.2 嵌入式系統(tǒng)的知識體系、學(xué)習(xí)誤區(qū)及學(xué)習(xí)建議 4
1.2.1 嵌入式系統(tǒng)的知識體系 4
1.2.2 嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)誤區(qū) 5
1.2.3 基礎(chǔ)階段的學(xué)習(xí)建議 8
1.3 嵌入式系統(tǒng)常用術(shù)語 9
1.3.1 與硬件相關(guān)的術(shù)語 9
1.3.2 與通信相關(guān)的術(shù)語 11
1.3.3 與功能模塊及軟件相關(guān)的術(shù)語 12
1.4 嵌入式系統(tǒng)常用的標(biāo)準(zhǔn)C語言基本語法概要 13
1.5 本書學(xué)習(xí)與實踐資料索引 22
第2章 ColdFire概述與MCF52233硬件最小系統(tǒng) 24
2.1 ColdFire系列微處理器概述 24
2.2 MCF5223x系列微控制器存儲器映像與編程結(jié)構(gòu) 26
2.2.1 MCF5223x性能概述與內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖 26
2.2.2 MCF5223x存儲器映像 28
2.2.3 編程模式與尋址方式 28
2.2.4 ColdFire異常和中斷控制 31
2.3 MCF52233的引腳功能與硬件最小系統(tǒng) 33
2.3.1 MCF52233的引腳功能 33
2.3.2 MCF52233的硬件最小系統(tǒng) 35
2.3.3 硬件最小系統(tǒng)測試方法 38
第3章 第一個樣例程序及ColdFire工程組織 41
3.1 通用I/O接口基本概念及連接方法 41
3.2 MCF52233的GPIO 43
3.2.1 MCF52233GPIO編程的基本原理 43
3.2.2 GPIO模塊寄存器與GPIO的編程基本方法 44
3.3 開發(fā)套件CodeWarrior開發(fā)環(huán)境與ColdFire寫入器 46
3.3.1 CodeWarrior開發(fā)環(huán)境簡介與基本使用方法 46
3.3.2 WA-Ⅰ型32位ColdFire寫入器 47
3.3.3 MCF52233EVB硬件評估板 48
3.4 CW工程文件組織 48
3.4.1 工程文件的組織 48
3.4.2 初始化相關(guān)文件 50
3.4.3 主程序、中斷程序及其他文件 53
3.4.4 鏈接文件及機器碼文件 56
3.5 第一個應(yīng)用實例：控制小燈閃爍 59
3.5.1 GPIO構(gòu)件 60
3.5.2 Light構(gòu)件 65
3.5.3 Light測試工程主程序 67
3.6 理解第一個C工程的執(zhí)行過程 68
第4章 異步串行通信與直接存儲器訪問 71
4.1 異步串行通信的基礎(chǔ)知識 71
4.1.1 基本概念 71
4.1.2 RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn) 73
4.1.3 電平轉(zhuǎn)換電路原理 74
4.2 MCF52233的UART模塊的物理結(jié)構(gòu) 76
4.3 MCF52233的UART模塊的編程結(jié)構(gòu) 79
4.4 基于構(gòu)件方法的UART編程 82
4.4.1 UART構(gòu)件的函數(shù)原型設(shè)計 82
4.4.2 UART構(gòu)件的頭文件 83
4.4.3 UART構(gòu)件的源程序文件 86
4.4.4 UART構(gòu)件的測試工程 91
4.5 ColdFire第一個帶有中斷功能的實例 92
4.6 MCF52233的四通道DMA控制器 95
4.6.1 DMA概述 95
4.6.2 MCF52233四通道DMA特點 95
4.6.3 MCF52233的DMA控制器編程結(jié)構(gòu) 96
4.7 MCF52233的DMA編程要點 99
4.7.1 DMA初始化 100
4.7.2 DMA啟動序列與重啟序列 100
4.8 基于構(gòu)件的帶DMA的UART編程實例 101
4.8.1 DMA構(gòu)件的函數(shù)原型設(shè)計 101
4.8.2 DMA構(gòu)件的頭文件 101
4.8.3 DMA構(gòu)件的源程序文件 105
4.8.4 DMA方式收/發(fā)測試實例 108
4.9 進一步討論 110
4.9.1 流控制與Break信號 110
4.9.2 延長串口通信的距離 111
4.9.3 串口的擴展 111
第5章 GPIO的應(yīng)用實例——鍵盤、LED與LCD 113
5.1 鍵盤 113
5.1.1 鍵盤模型及接口 113
5.1.2 鍵盤編程的基本問題 114
5.1.3 鍵盤編程實例 114
5.2 碼管LED 121
5.2.1 描法編程原理 121
5.2.2 碼管編程實例 122
5.3 液晶LCD 126
5.3.1 HD44780的編程結(jié)構(gòu) 126
5.3.2 點陣字符型LCD編程實例 127
第6章 MCF52233的A/D轉(zhuǎn)換模塊 133
6.1 A/D轉(zhuǎn)換的基本問題 133
6.2 MCF52233的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與特性 134
6.3 MCF52233的A/D模塊編程寄存器 135
6.4 基于構(gòu)件的A/D編程 144
6.4.1 A/D構(gòu)件的函數(shù)原型設(shè)計 144
6.4.2 A/D構(gòu)件的頭文件 145
6.4.3 A/D構(gòu)件的源程序文件 146
6.5 MCF52233A/D模塊編程實例——物理量采集回歸系統(tǒng) 149
6.5.1 低端軟件設(shè)計 149
6.5.2 高端軟件設(shè)計 151
6.6 常用傳感器簡介及一個典型信號采樣電路設(shè)計 152
6.6.1 常用傳感器簡介 152
6.6.2 電阻型傳感器采樣電路設(shè)計 154
第7章 定時器相關(guān)模塊及其應(yīng)用 156
7.1 可編程中斷定時器 156
7.1.1 PIT模塊的編程寄存器 156
7.1.2 PIT模塊的運行模式與編程方法 157
7.1.3 PIT模塊的編程實例 158
7.2 通用定時器GPT模塊 161
7.2.1 計數(shù)器/定時器的基本工作原理 161
7.2.2 定時器模塊的定時計數(shù)功能 162
7.2.3 定時器模塊的輸入捕捉功能 166
7.2.4 定時器模塊的輸出比較功能 171
7.2.5 定時器模塊的脈沖累加功能 174
7.3 PWM與D/A轉(zhuǎn)換 177
7.3.1 PWM基本概念 177
7.3.2 PWM的編程寄存器 179
7.3.3 PWM的編程實例 182
7.3.4 PWM的進一步討論 189
7.3.5 用PWM實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換 190
第8章 隊列式串行外設(shè)接口 191
8.1 SPI的基本工作原理 191
8.1.1 SPI基本概念 191
8.1.2 SPI的數(shù)據(jù)傳輸 192
8.1.3 SPI模塊的時序 193
8.1.4 模擬SPI 194
8.2 MCF52233隊列串行外設(shè)接口（QSPI）模塊編程結(jié)構(gòu) 195
8.2.1 QSPI概述 195
8.2.2 QSPI工作原理 196
8.2.3 QSPI功能描述 197
8.2.4 QSPI模塊寄存器 198
8.2.5 發(fā)送延時 202
8.3 MCF52233的串行外設(shè)接口QSPI模塊編程實例 203
第9章 I2C模塊及應(yīng)用實例 209
9.1 I2C模塊 209
9.1.1 I2C總線特點 209
9.1.2 I2C總線標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史 210
9.1.3 I2C總線的相關(guān)術(shù)語 210
9.2 I2C總線工作原理 211
9.2.1 總線上數(shù)據(jù)的有效性 211
9.2.2 總線上的信號 211
9.2.3 總線上數(shù)據(jù)傳輸格式 213
9.2.4 I2C總線尋址約定 213
9.2.5 主機向從機讀/寫1個字節(jié)數(shù)據(jù)的過程 213
9.3 I2C模塊的編程基礎(chǔ) 214
9.3.1 MCF52233的I2C模塊 214
9.3.2 MCF52233的I2C模塊寄存器介紹 215
9.3.3 MCF52233的I2C模塊編程 218
9.4 MCF52233的I2C模塊的進一步討論 224
9.4.1 仲裁程序 224
9.4.2 實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸同步交換 225
第10章 Flash在線編程 226
10.1 Flash存儲器概述 226
10.2 ColdFireFlash存儲器編程方法 227
10.2.1 ColdFireFlash模塊寄存器 228
10.2.2 ColdFireFlash存儲器擦除/寫入的步驟 231
10.3 ColdFireFlash擦除/寫入函數(shù)的測試工程 236
10.4 ColdFireFlash存儲器的保護特性和安全性 237
10.4.1 ColdFireFlash存儲器的保護特性 237
10.4.2 ColdFireFlash存儲器的安全性 237
第11章 MCF52235FlexCAN模塊編程方法 241
11.1 CAN總線通用知識 241
11.1.1 CAN總線協(xié)議的歷史概況 241
11.1.2 CAN硬件系統(tǒng)的典型電路 241
11.1.3 CAN總線的有關(guān)基本概念 244
11.1.4 幀結(jié)構(gòu) 247
11.1.5 位時間 250
11.2 MCF52235FlexCAN模塊概述與編程結(jié)構(gòu) 251
11.2.1 FlexCAN特性 251
11.2.2 操作模式 252
11.2.3 FlexCAN模塊的內(nèi)存映像以及寄存器定義 254
11.2.4 FlexCAN報文緩沖區(qū)（MessageBuffer，MB） 259
11.3 MCF52235FlexCAN模塊報文發(fā)送與接收函數(shù)設(shè)計 263
11.3.1 數(shù)據(jù)幀發(fā)送/接收 263
11.3.2 遠(yuǎn)程幀發(fā)送/接收 267
11.3.3 仲裁處理、匹配處理及報文緩沖區(qū)管理 271
11.4 MCF52235FlexCAN模塊編程實例 272
11.4.1 初始化函數(shù)設(shè)計 272
11.4.2 MCF52235FlexCAN模塊測試工程說明 274
11.5 進一步討論 276
第12章 基于MCF52233的嵌入式以太網(wǎng) 280
12.1 嵌入式以太網(wǎng)相關(guān)基礎(chǔ)知識 280
12.1.1 以太網(wǎng)的由來與協(xié)議模型 280
12.1.2 以太網(wǎng)中主要物理設(shè)備 283
12.1.3 相關(guān)名詞解釋 284
12.2 MCF52233以太網(wǎng)模塊外部連接及編程基礎(chǔ) 288
12.2.1 以太網(wǎng)模塊引腳及硬件連接 288
12.2.2 以太網(wǎng)物理層收/發(fā)器EPHY的編程基礎(chǔ) 290
12.2.3 第一個測試實例：網(wǎng)絡(luò)連接 294
12.2.4 快速以太網(wǎng)控制器FEC的編程基礎(chǔ) 299
12.3 鏈路層編程 307
12.3.1 FEC初始化函數(shù)FEC_Init 307
12.3.2 以太幀發(fā)送 311
12.3.3 以太幀接收 313
12.3.4 第二個測試實例：以太幀的發(fā)送和接收 315
12.3.5 第三個測試實例：鏈路層ARP協(xié)議編程 317
12.4 網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議與ICMP協(xié)議編程 320
12.4.1 IP協(xié)議簡介 320
12.4.2 第四個測試實例：使用ICMP協(xié)議響應(yīng)Ping請求 322
12.5 傳輸層的UDP與TCP協(xié)議編程 324
12.5.1 UDP協(xié)議概述 324
12.5.2 第五個測試實例：UDP報文的發(fā)送和接收 324
12.5.3 TCP協(xié)議概述 326
12.5.4 第六個測試實例：TCP報文的發(fā)送和接收 326
12.6 應(yīng)用層的HTTP協(xié)議編程 329
12.6.1 HTTP協(xié)議概述 330
12.6.2 第七個測試實例：HTTP協(xié)議靜態(tài)頁面的實現(xiàn) 332
第13章 其他模塊 333
13.1 時鐘模塊 333
13.2 芯片配置模塊 334
13.2.1 芯片配置模塊簡介 335
13.2.2 芯片配置模塊寄存器定義 335
13.3 系統(tǒng)控制模塊 336
13.3.1 系統(tǒng)控制模塊功能概述 336
13.3.2 系統(tǒng)控制模塊的可編程寄存器 337
13.3.3 對系統(tǒng)初始化過程的理解 339
13.4 實時時鐘模塊 341
13.5 電源管理模塊 343
13.5.1 低功耗模式 343
13.5.2 低功耗模式下的外設(shè)行為 344
13.5.3 電源管理模塊寄存器定義 344
13.6 復(fù)位控制模塊 345
第14章 基于MCF52223的USB2.0編程 347
14.1 USB基本概念及硬件特性 347
14.1.1 USB概述 347
14.1.2 USB相關(guān)基本概念 349
14.1.3 USB的物理特性 354
14.2 USB的通信協(xié)議 356
14.2.1 USB基本通信單元：包 356
14.2.2 USB通信中的事務(wù)處理 358
14.2.3 從設(shè)備的枚舉看USB數(shù)據(jù)傳輸 360
14.3 MCF52223硬件最小系統(tǒng)及USB模塊功能簡介 364
14.3.1 MCF52223硬件最小系統(tǒng) 364
14.3.2 MCF52223的USB模塊功能簡介 365
14.3.4 ．MCF52223的USB模塊主要寄存器介紹 366
14.4 MCF52223作為USB從機的開發(fā)方法 370
14.4.1 PC端USB設(shè)備驅(qū)動程序的選擇及基本原理 370
14.4.2 PC作為USB主機的程序設(shè)計 374
14.4.3 MCF52223作為USB從機的程序設(shè)計 377
14.5 MCF52223作為USB主機的開發(fā)方法 381
14.5.1 MCF52223作為USB主機的基本功能 381
14.5.2 USB主機與CDC類USB設(shè)備通信 383
14.5.3 USB主機與MassStorage類USB設(shè)備通信 384
14.6 采用OTG技術(shù)的USB系統(tǒng)開發(fā)方法 384
第15章 μC/OS-Ⅱ在ColdFire上的移植與應(yīng)用 388
15.1 實時操作系統(tǒng)概述 388
15.1.1 實時操作系統(tǒng)基本含義和要求 388
15.1.2 任務(wù)和多任務(wù) 388
15.1.3 RTOS的常用術(shù)語 389
15.1.4 RTOS的現(xiàn)狀 390
15.2 嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ 392
15.2.1 μC/OS-Ⅱ簡介 392
15.2.2 μC/OS-Ⅱ與幾種RTOS的比較 393
15.2.3 μC/OS-Ⅱ中的任務(wù) 393
15.2.4 ?C/OS-Ⅱ用戶應(yīng)用程序的一般結(jié)構(gòu) 394
15.3 μC/OS-Ⅱ的任務(wù)劃分 395
15.3.1 任務(wù)劃分的目標(biāo) 396
15.3.2 任務(wù)劃分的方法 396
15.4 μC/OS-Ⅱ在MCF52233上的應(yīng)用實例 398
15.4.1 基于μC/OS-Ⅱ的應(yīng)用實例 398
15.4.2 與無RTOS實例的比較 400
15.5 μC/OS-Ⅱ在MCF52233上的移植 401
15.5.1 定義內(nèi)核的大小和功能 401
15.5.2 與硬件相關(guān)的代碼 403
第16章 基于硬件構(gòu)件的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方法 407
16.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)所遇到的若干問題 407
16.2 嵌入式硬件構(gòu)件的基本思想與應(yīng)用方法 408
16.3 基于硬件構(gòu)件的嵌入式系統(tǒng)硬件電路設(shè)計原則 408
16.3.1 設(shè)計時需要考慮的基本問題 408
16.3.2 硬件構(gòu)件化電路原理圖繪制規(guī)則 409
16.3.3 PCB設(shè)計基本原則 411
16.4 基于硬件構(gòu)件的嵌入式底層軟件構(gòu)件的編程方法 413
16.4.1 嵌入式硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件的層次模型 413
16.4.2 底層構(gòu)件的實現(xiàn)方法與編程思想 414
16.4.3 硬件構(gòu)件及底層軟件構(gòu)件的重用與移植方法 416
16.5 硬件構(gòu)件化嵌入式開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用實例 417
16.5.1 系統(tǒng)功能 417
16.5.2 硬件設(shè)計 418
16.5.2 軟件設(shè)計 422
附錄A 425
附錄B 427
附錄C 430
參考文獻 434