嵌入式系统开发基础——基于ARM9微处理器C语言程序设计(第四版)

第1章 嵌入式控制系统简介

1.1 单片机和嵌入式控制系统的定义和分类

1.1.1 单片机和嵌入式控制系统的定义

1.1.2 嵌入式控制系统的设计方法

1.1.3 嵌入式控制系统各种设计方法的特点

1.2 ARM处理器简介

1.2.1 ARM体系结构的发展

1.2.2 ARM体系结构的存储器格式

1.3 习题

第2章 ADS1.2开发环境创建与简介

2.1 ADS1.2开发环境创建

2.1.1 ADS1.2概述

2.1.2 ADS1.2的安装

2.2 ADS集成开发环境的使用

2.2.1 建立一个新工程

2.2.2 开发环境设置

2.2.3 其他开发环境介绍

2.3 用AXD进行代码仿真、调试

2.3.1 AXD简介

2.3.2 JTAG概述

2.3.3 Nor和Nand flash的区别和使用

2.3.4 烧写Flash

2.4 ARM C语言程序的基本规则和系统初始化程序

2.4.1 ARM使用C语言编程基本规则

2.4.2 初始化程序和开发环境设置

2.5 习题

第3章 ARM9微处理器S3C2410资源

3.1 S3C2410处理器介绍

3.1.1 AMBA、AHB、APB总线特点

3.1.2 S3C2410处理器体系结构

3.1.3 S3C2410处理器管理系统

3.1.4 S3C2410处理器存储器映射

3.1.5 S3C2410处理器时钟和电源管理

3.2 S3C2410处理器片上资源的定义和使用

3.3 参考软件资源2410test.mcp

3.4 几个常用的输入/输出函数

3.5 def.h头文件

3.6 习题

第4章 S3C2410的I/O口和 I/O口操作

4.1 S3C2410 I/O口描述

4.2 I/O端口控制寄存器

4.2.1 端口A控制寄存器和功能配置

4.2.2 端口B控制寄存器和功能配置

4.2.3 端口C控制寄存器和功能配置

4.2.4 端口D控制寄存器和功能配置

4.2.5 端口E控制寄存器和功能配置

4.2.6 端口F控制寄存器和功能配置

4.2.7 端口G控制寄存器和功能配置

4.2.8 端口H控制寄存器和功能配置

4.3 I/O口控制C语言编程实例

4.3.1 硬件电路

4.3.2 参考程序

4.4 习题

第5章 S3C2410的中断系统

5.1 S3C2410的中断源

5.2 S3C2410的中断处理

5.3 中断控制

5.3.1 中断模式（INTMOD）寄存器

5.3.2 中断挂起寄存器和中断源挂起寄存器

5.3.3 中断屏蔽寄存器（INTMSK）

5.3.4 中断优先级寄存器（PRIORITY）

5.4 子中断源的中断控制

5.5 中断向量设置

5.6 其他常用寄存器

5.7 中断程序编写中需注意的问题

5.8 中断实验和中断程序编写

5.9 习题

第6章 S3C2410的串口UART

6.1 S3C2410的串口UART概述

6.1.1 S3C2410串行通信（UART）单元

6.1.2 波特率的产生

6.1.3 UART通信操作

6.2 UART的控制寄存器

6.2.1 UART线路控制寄存器ULCONn（n=0~2）

6.2.2 UART控制寄存器UCONn（n=0~2）

6.2.3 UART FIFO控制寄存器UFCONn（n=0~2）

6.2.4 UART调制解调器控制寄存器UMCONn（n=0或1）

6.2.5 发送寄存器UTXHn（n=0~2）和接收寄存器URXHn（n=0~2）

6.2.6 UART TX/RX状态寄存器UTRSTATn（n=0~2）

6.2.7 S3C2410 UART使用的端口

6.3 UART通信程序例子

6.3.1 RS232接口电路

6.3.2 UART实验程序

6.4 习题

第7章 S3C2410的A/D、D/A转换控制

7.1 S3C2410的A/D、D/A转换控制

7.1.1 A/D转换控制寄存器（ADCCON）

7.1.2 A/D转换控制程序的编制步骤

7.2 参考程序

7.3 习题

第8章 触摸屏控制

8.1 触摸屏结构和工作原理

8.1.1 触摸屏工作原理

8.1.2 S3C2410的触摸屏控制

8.2 触摸屏控制程序

8.3 习题

第9章 S3C2410的实时时钟（RTC）

9.1 实时时钟在嵌入式系统中的作用

9.1.1 S3C2410的实时时钟单元

9.1.2 S3C2410的实时时钟寄存器

9.2 参考程序及说明

9.3 习题

第10章 直接存储器存取（DMA）控制

10.1 DMA基础知识

10.2 S3C2410的DMA控制器

10.3 DMA方式实现存储器到存储器的数据传送

10.3.1 头文件定义和函数声明

10.3.2 DMA方式实现存储器到存储器的数据传送

10.4 习题

第11章 S3C2410的PWM控制

11.1 PWM定时器概述

11.1.1 什么是脉宽调制

11.1.2 S3C2410的脉宽调制PWM控制

11.1.3 S3C2410定时器特性

11.1.4 定时器操作示例

11.1.5 死区生成器

11.2 PWM输出电平控制

11.2.1 PWM工作原理

11.2.2 PWM输出控制

11.3 PWM定时器控制寄存器

11.3.1 定时器配置寄存器0

11.3.2 定时器配置寄存器1

11.3.3 减法缓冲寄存器和比较缓冲寄存器

11.3.4 定时器控制寄存器

11.3.5 减法计数器观察寄存器

11.4 PWM参考程序

11.5 习题

第12章 S3C2410的看门狗电路控制

12.1 看门狗电路的功能及工作原理

12.1.1 S3C2410的看门狗控制

12.1.2 看门狗定时器控制寄存器

12.2 参考程序及说明

12.3 习题

第13章 S3C2410的I2C总线控制

13.1 I2C总线工作原理

13.2 EEPROM读/写操作

13.2.1 AT24C04结构与应用简述

13.2.2 设备地址（DADDR）

13.2.3 AT24CXX的数据操作格式

13.3 S3C2410处理器I2C接口

13.3.1 S3C2410 I2C接口简介

13.3.2 使用S3C2410 I2C总线读/写方法

13.4 S3C2410 I2C总线读/写参考程序编写

13.5 I2C实验程序

13.6 习题

第14章 I2S介绍和S3C2410的I2S控制

14.1 数字音频信号（I2S）介绍

14.2 数字音频计算机处理

14.2.1 采样频率和采样精度

14.2.2 音频编码

14.2.3 I2S数字音频接口

14.3 音频芯片UDA1341TS介绍

14.3.1 硬件结构

14.3.2 S3C2410和UDA1341TS的连接

14.3.3 UDA1341TS的软件编程

14.3.4 UDA1341TS DATA0编程

14.3.5 UDA1341TS DATA1编程

14.3.6 UDA1341TS 控制寄存器STATUS编程

14.4 S3C2410中I2S总线控制寄存器

14.5 WAV声音格式文件

14.6 I2S实验参考程序

14.7 习题

第15章 串行外设接口（SPI）介绍

15.1 SPI接口及操作

15.1.1 SPI接口原理

15.1.2 SPI接口特性

15.2 SPI接口控制寄存器

15.2.1 SPI控制寄存器（SPICONn）

15.2.2 SPI状态寄存器（SPSTAn）

15.2.3 SPI引脚控制寄存器（SPPINn）

15.2.4 SPI波特率预分频寄存器（SPPREn）

15.2.5 SPI发送数据寄存器（SPTDATn）

15.2.6 SPI接收数据寄存器（SPRDATn）

15.2.7 SPI接口操作

15.2.8 SPI接口编程

15.2.9 SPI口的传输格式

15.2.10 SPI通信模式

15.3 参考程序

15.4 习题

第16章 S3C2410的人机界面设计

16.1 英文字符存储与显示原理

16.1.1 ASCII码

16.1.2 英文字符的显示

16.2 汉字在计算机中的表示和显示

16.2.1 汉字的内码和区位码

16.2.2 汉字的显示

16.2.3 其他西文字符在计算机中的存储和显示

16.2.4 屏幕上"打点"

16.2.5 字模提取与建立小字库概述

16.3 字模提取与建立小字库

16.3.1 用C语言提取字模和建立小字库

16.3.2 用Delphi提取字模和建立小字库

16.3.3 通用字模提取程序MinFonBase使用说明

16.4 S3C2410显示控制特点

16.4.1 STN LCD显示器

16.4.2 TFT LCD显示器

16.4.3 LCD控制器特点

16.5 S3C2410的LCD控制信号和外部引脚

16.5.1 LCD专用控制寄存器

16.5.2 LCD专用控制寄存器的设置

16.5.3 LCD屏幕"打点"程序

16.6 S3C2410的LCD驱动程序

16.6.1 S3C2410的LCD驱动程序编写步骤

16.6.2 利用S3C2410显示汉字与曲线

16.7 S3C2410在LCD驱动方面的其他应用

16.7.1 HD66421的硬件简介

16.7.2 HD66421的软件编程

16.7.3 HD66421与微处理器接口及驱动程序

16.8 在LCD屏上按一定格式显示汉字和曲线

16.9 S3C6410 （ARM11）的汉字和曲线显示

16.9.1 S3C6410 （ARM11）简介

16.9.2 S3C6410（ARM11）的汉字和曲线显示

16.10 习题

第17章 程序的调试、运行和烧写

17.1 VIVI软件的运行和使用

17.1.1 VIVI软件的运行

17.1.2 VIVI的几个常用命令

17.2 VIVI软件的安装

17.3 程序的调试运行

17.4 程序的烧写

17.5 习题

第18章 项目开发实例

18.1 实例目的和软硬件准备

18.1.1 实例目的

18.1.2 软硬件准备

18.2 字模提取、建小字库

18.2.1 汉字字模提取、建小汉字库

18.2.2 西文和数学符号字模提取

18.2.3 ASCII码字模处理、其他图形处理

18.3 项目构建

18.3.1 项目结构

18.3.2 main.c程序简单介绍

18.4 项目调试

18.4.1 开发环境设置

18.4.2 项目编译

18.4.3 项目调试

18.5 项目烧写（固化）

参考文献

　　前 言

　　嵌入式控制系统的教学现状

　　嵌入式控制系统的教学一般分为两个层次。

　　第一个层次，完成以MCS-51为代表的8位单片机教学。这在各个高校都得到了重视，大多数学校安排理论课64学时，实验课32学时，课时比较充足。在这个层次上，无论是讲授C语言程序设计，还是讲授汇编语言程序设计，可供选择的教材都比较多。

　　第二个层次，也就是以32位ARM为代表的嵌入式控制系统教学。目前，许多学校都没有开设，主要有以下3个原因。

　　一是缺乏师资。毕竟，以ARM为代表的嵌入式控制系统设计是20世纪90年代才发展起来的新技术，它不仅包括高性能、功能丰富的硬件平台，而且软件开发的难度和嵌入式操作系统的应用，都对教师提出了更高的要求。

　　二是在课时安排上也有一定困难。这么复杂的软硬件系统，包括嵌入式操作系统，即使是用96(包括实验)学时，也不一定能讲深讲透。况且，整个教学计划中也没有很多的时间。

　　三是没有合适的教材。特别是深入浅出、条理分明、适应本科生水平、课时比较合理的教材非常少。

　　为了克服上述困难，也为了满足教学需要，作者根据多年科研和教学经验编写了本书。

　　作者的想法是：在32位ARM为代表的嵌入式控制系统教学中，不讲述带嵌入式操作系统的部分，而选择一种有代表性的32位单片机(类似8位机中的MCS-51)。这里选择韩国三星S3C2410 ARM9单片机。在ADS1.2 For Windows集成开发环境中，用C语言完成嵌入式控制系统的开发工作。理论课内容安排48学时，实验课时间和内容由教师根据各校的时间和条件自行决定。

　　在48学时(16周，每周3学时)内，集中将S3C2410的最基本硬件结构、软件资源学深学透，学会用C语言编写应用程序。在用C语言编写驱动程序时，尽量借助系统资源，参考例子程序，减少设计者的工作量。通过较短时间的学习，学生可以很快掌握嵌入式控制系统设计的方法，完成嵌入式控制系统的设计工作。

　　本书篇幅虽然不长，但程序源代码较多，对于从事嵌入式系统开发和学习来说是非常宝贵的资源。但是，如果在课堂上讲解和分析这些代码，学时显然不够。建议教师主要讲解S3C2410的硬件资源和编程方法，具体程序代码留给学生课后慢慢消化理解。

　　教学实验平台介绍

　　有条件的学校，在完成理论课教学的同时，应安排一定的实验课，教学效果会更好。

　　作者接触的ARM9(SAMSUNG 2410)教学实验系统有深圳英蓓特信息技术有限公司(http://www.embedinfo.com)的Embest EDUKIT-Ⅱ/Ⅲ、北京博创科技集团(http://www.up- tech.com)的UP-NETARM 2410教学实验系统、北京精仪达盛科技公司(http://www. techshine.com)的EL-ARM-830教学实验系统。上述教学实验系统都有基于ARM9系统资源的C语言实验程序例子，使用方便，可供选择。随书下载的实验讲义有两册：一是基于深圳英蓓特信息技术有限公司(http://www.embedinfo.com)的Embest EDUKIT-Ⅱ/Ⅲ，实验时应配合Embest EDUKIT-Ⅱ/Ⅲ教学实验系统平台，并安装Embest IDE；二是基于北京精仪达盛科技公司(http://www.techshine.com)的EL-ARM-830教学实验系统，实验时应配合EL-ARM-830教学实验系统平台。两套实验系统程序的执行都要去掉目录中的中文目录，并尽量缩短目录深度。

　　本书主要内容和学习本书所需基础知识

　　第1章：简单讲述嵌入式控制系统的定义、研究现状和研究方法。

　　第2章：较详细地讲述基于ARM芯片的集成开发环境ADS 1.2的创建和使用。

　　第3章：讲述ARM9芯片S3C2410的片上资源和编程参考项目2410test.mcp。

　　第4章：讲述S3C2410的I/O口和I/O口操作。

　　第5章：讲述S3C2410的中断系统及编程。

　　第6章：讲述S3C2410的串口UART。

　　第7章：讲述S3C2410的A/D和D/A转换控制。

　　第8章：讲述ADC和触摸屏控制。

　　第9章：讲述S3C2410的实时时钟(RTC)和编程。

　　第10章：讲述直接存储器存取(DMA)的工作原理及S3C2410的DMA控制器。

　　第11章：讲述脉宽调制(PWM)的工作原理及S3C2410的PWM控制器。

　　第12章：讲述看门狗(Watchdog)电路的工作原理及S3C2410的Watchdog控制。

　　第13章：讲述双向二线制同步串行总线 I C及S3C2410的I C控制电路。

　　第14章：讲述数字音频信号(I S)和S3C2410的I S控制。

　　第15章：对串行外设接口(SPI)进行了介绍。

　　第16章：讲述S3C2410的人机界面设计。

　　第17章：讲述程序的调试、烧写和运行。

　　第18章：项目开发实训。

　　以上各章内容除第1~5章外，其他各章内容基本独立。教师如果觉得在48学时内完成教学比较困难，除第2、3、4、5章和第16、17章作为重点建议必讲之外，其他各章可根据情况有选择地删节。

　　随书提供软件包一个，其中有本书的电子课件、S3C2410使用手册、实验讲义、各章习题答案、ADS1.2、参考项目2410test.mcp、通用字模提取程序和部分例子程序，可以在清华大学出版社网站上免费下载。

　　第四版课件由孙颖馨老师在第三版基础上重新进行了制作，作者对她的工作表示感谢。

　　本书的特点是通过深入浅出的讲述，将基于ARM9的嵌入式控制系统设计方法教给学生，使学生能够在最短的时间内入门。

　　学习本书至少要有C语言基础，如果有MCS-51单片机基础，学习本书就会更加轻松。

　　第四版与第三版区别

　　为了满足教学急需，第三版出书时间较紧，书中难免有错误或不足之处，在第四版中作者对书中内容进行了仔细斟酌研究，更正了已发现的错误，并根据多年教学经验和指导学生参加全国和省级“嵌入式”和“电子设计”大赛体会，删除了一些不适用的章节，增加了一部分新内容。

　　书中实验程序的注释是本书的重要内容，仔细阅读这些注释对于理解书中内容和练习编程非常重要。

　　为了使读者正确理解原程序，凡是原参考文献给出的注释，书中仍然保留英文，凡是作者给出的注释，用中文给出。

　　为了提高学生实践动手能力，第四版增加了一章实训内容(第18章项目开发实训)。

　　根据读者意见，为了使版面工整，方便阅读，注释采用分散方式对齐。

　　虽然做了很大努力，并请孙俊喜、才华两位教授对书中内容进行审核校对，但百密一疏，难免有考虑不周或错误之处，真诚欢迎读者多提宝贵意见和建议。　　本书通用字模提取程序密码：194512125019。

　　侯殿有

　　2015年6月