嵌入式系統(tǒng)原理與物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐

第 1 章 嵌入式系統(tǒng)與微控制器概述 1
1.1 嵌入式系統(tǒng)概述 1
1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展 1
1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 2
1.1.3 嵌入式系統(tǒng)的組成 3
1.1.4 嵌入式系統(tǒng)的種類 5
1.1.5 嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試方法 6
1.1.6 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用 11
1.2 嵌入式處理器概述 12
1.2.1 嵌入式處理器 12
1.2.2 嵌入式處理器的分類 13
1.2.3 典型 MCU 介紹 18
1.3 本章小結(jié) 25
1.4 習(xí)題 26
第 2 章 ARM Cortex-M 處理器27
2.1 ARM 處理器概述 27
2.2 ARM 處理器架構(gòu) 28
2.2.1 ARM 體系結(jié)構(gòu)版本 28
2.2.2 ARM 處理器 30
2.3 Cortex-M 處理器內(nèi)核及功能介紹 32
2.4 ARM Cortex-M4 編程模型 37
2.4.1 處理器的工作模式和特權(quán)級別 37
2.4.2 ARM Cortex-M4 寄存器 38
2.4.3 ARM Cortex-M4 異常處理 41
2.5 本章小結(jié) 47
2.6 習(xí)題 47
第 3 章 指令系統(tǒng) 48
3.1 ARM 指令格式 48
3.2 條件碼 49
3.3 ARM 指令的尋址方式 50
3.4 ARMv7 架構(gòu)指令集—Thumb-2 指令集 55
3.4.1 存儲(chǔ)器訪問指令 56
3.4.2 通用數(shù)據(jù)處理指令 60
3.4.3 乘法和除法指令 65
3.4.4 分支和分支控制指令 67
3.4.5 飽和運(yùn)算指令 SSAT 和 USAT 69
3.4.6 位段操作指令 70
3.4.7 雜項(xiàng)指令 71
3.5 RISC-V 指令集簡介 75
3.5.1 RISC-V 寄存器 75
3.5.2 尋址方式和指令示例 76
3.5.3 RISC-V 標(biāo)準(zhǔn)模塊和指令使用 77
3.5.4 RISC-V 和其他指令集的比較 79
3.6 匯編程序設(shè)計(jì) 80
3.6.1 ARM 匯編語言格式規(guī)范 80
3.6.2 ARM 匯編語言編寫格式示例 82
3.7 本章小結(jié) 82
3.8 習(xí)題 83
第 4 章 系統(tǒng)控制 85
4.1 功能組件 85
4.1.1 復(fù)位控制 85
4.1.2 時(shí)鐘控制 89
4.1.3 電源管理 92
4.1.4 嵌套向量中斷控制器 93
4.1.5 DMA 控制器 98
4.2 初始化配置 104
4.3 操作實(shí)例 107
4.3.1 時(shí)鐘例程一 107
4.3.2 時(shí)鐘例程二 112
4.4 本章小結(jié) 114
4.5 習(xí)題 114
第 5 章 存儲(chǔ)器 116
5.1 存儲(chǔ)器分類 116
5.1.1 RAM 存儲(chǔ)器 116
5.1.2 ROM 存儲(chǔ)器 122
5.1.3 Flash 存儲(chǔ)器 124
5.1.4 鐵電存儲(chǔ)器 FRAM 129
5.1.5 存儲(chǔ)控制器 132
5.1.6 存儲(chǔ)器性能指標(biāo) 136
5.2 微控制器存儲(chǔ)器系統(tǒng) 137
5.2.1 存儲(chǔ)器地址映射 137
5.2.2 位帶操作 139
5.2.3 存儲(chǔ)格式 140
5.3 操作示例 143
5.3.1 變量地址觀察例程 143
5.3.2 Flash 擦寫例程 145
5.4 本章小結(jié) 149
5.5 習(xí)題 149
第 6 章 基本外設(shè) 151
6.1 通用輸入/輸出端口（GPIO） 151
6.1.1 GPIO 簡介 151
6.1.2 GPIO 示例 154
6.1.3 初始化配置 155
6.1.4 操作實(shí)例 155
6.2 通用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 159
6.2.1 通用定時(shí)器簡介 159
6.2.2 定時(shí)器示例 161
6.2.3 初始化配置 163
6.2.4 操作實(shí)例 163
6.3 脈沖寬度調(diào)制（PWM） 167
6.3.1 PWM 簡介. 167
6.3.2 PWM 示例. 169
6.3.3 操作實(shí)例 170
6.4 看門狗定時(shí)器（WDT） 174
6.4.1 WDT 簡介 175
6.4.2 MCU 中的看門狗 175
6.4.3 操作實(shí)例 176
6.5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC） 179
6.5.1 RTC 簡介 179
6.5.2 RTC 示例 180
6.5.3 操作實(shí)例 181
6.6 本章小結(jié) 186
6.7 習(xí)題 187
第 7 章 通信外設(shè) 188
7.1 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 188
7.2 UART 接口 189
7.2.1 UART 簡介 189
7.2.2 波特率 193
7.2.3 UART 示例 193
7.2.4 初始化配置 195
7.2.5 操作實(shí)例 195
7.3 SPI 接口 198
7.3.1 SPI 簡介 198
7.3.2 SPI 示例 200
7.3.3 初始化配置 202
7.3.4 操作實(shí)例 202
7.4 I2C 接口 204
7.4.1 I2C 簡介 204
7.4.2 I2C 示例 209
7.4.3 初始化配置 210
7.4.4 操作實(shí)例 210
7.5 USB 接口 215
7.5.1 USB 接口概述 215
7.5.2 USB 數(shù)據(jù)傳輸方式 218
7.6 CAN 總線 220
7.7 本章小結(jié) 221
7.8 習(xí)題 222
第 8 章 模擬外設(shè) 223
8.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 223
8.1.1 ADC 簡介 223
8.1.2 ADC 性能指標(biāo) 225
8.1.3 ADC 類型 226
8.1.4 初始化配置 231
8.1.5 ADC 示例 231
8.1.6 操作實(shí)例 233
8.2 模擬比較器（AC） 237
8.2.1 模擬比較器簡介 238
8.2.2 初始化配置 239
8.2.3 操作實(shí)例 240
8.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC） 242
8.3.1 DAC 簡介 242
8.3.2 DAC 類型 243
8.3.3 DAC 的技術(shù)指標(biāo) 244
8.3.4 操作實(shí)例 244
8.4 本章小結(jié) 247
8.5 習(xí)題 248
第 9 章 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng). 249
9.1 常用的嵌入式操作系統(tǒng) 249
9.2 RTOS 基礎(chǔ) 250
9.2.1 RTOS 的基本概念 251
9.2.2 使用 RTOS 的優(yōu)勢 252
9.2.3 RTOS 的功能組成 254
9.3 FreeRTOS 258
9.3.1 FreeRTOS 的體系結(jié)構(gòu) 259
9.3.2 FreeRTOS 的任務(wù)調(diào)度機(jī)制 259
9.3.3 FreeRTOS 的任務(wù)管理 262
9.3.4 FreeRTOS 任務(wù)通信機(jī)制 264
9.3.5 FreeRTOS 任務(wù)同步機(jī)制 264
9.3.6 FreeRTOS 移植到微控制器的方法 265
9.3.7 Amazon FreeRTOS 265
9.4 本章小結(jié) 265
9.5 習(xí)題 266
第 10 章 嵌入式軟件設(shè)計(jì) 267
10.1 嵌入式系統(tǒng)軟件組成 267
10.1.1 嵌入式系統(tǒng)軟件架構(gòu) 267
10.1.2 初始化引導(dǎo)程序 BootLoader 268
10.1.3 板級支持包 BSP 269
10.1.4 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 271
10.1.5 庫函數(shù) 271
10.2. 無 OS 的嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法 272
10.2.1 前后臺(tái)系統(tǒng) 272
10.2.2 中斷（事件）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 272
10.2.3 巡回服務(wù)系統(tǒng) 273
10.2.4 基于定時(shí)器的巡回服務(wù)系統(tǒng) 275
10.3 基于 RTOS 的嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法 275
10.3.1 FreeRTOS 的任務(wù)創(chuàng)建及刪除示例 275
10.3.2 FreeRTOS 的任務(wù)通信示例 280
10.3.3 FreeRTOS 的任務(wù)同步（二進(jìn)制信號量）示例 285
10.3.4 FreeRTOS 軟件定時(shí)器示例 290
10.4 基于 Linux 的嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法 292
10.5 本章小結(jié) 295
10.6 習(xí)題 295
第 11 章 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 297
11.1 物聯(lián)網(wǎng)概述 297
11.1.1 技術(shù)及應(yīng)用框架 298
11.1.2 相關(guān)技術(shù) 299
11.2 無線通信技術(shù) 300
11.2.1 NFC 300
11.2.2 ZigBee 301
11.2.3 BLE 302
11.2.4 Wi-Fi 303
11.2.5 LoRa 304
11.2.6 NB-IoT 305
11.2.7 無線通信技術(shù)比較 306
11.3 終端技術(shù) 306
11.3.1 Android 系統(tǒng) 307
11.3.2 iOS 系統(tǒng) 308
11.3.3 Web 和 HTML 技術(shù) 309
11.4 服務(wù)器和云計(jì)算 310
11.4.1 獨(dú)立服務(wù)器和云主機(jī) 310
11.4.2 云計(jì)算 311
11.5 開發(fā)平臺(tái)和操作系統(tǒng) 312
11.5.1 IoT 開發(fā)平臺(tái) 312
11.5.2 IoT 操作系統(tǒng) 313
11.6 MQTT 概述 315
11.6.1 MQTT 特點(diǎn) 315
11.6.2 MQTT 協(xié)議原理 316
11.7 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā) 317
11.7.1 基于單點(diǎn)服務(wù)器的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 318
11.7.2 基于物聯(lián)網(wǎng)接入平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 318
11.7.3 基于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng) 320
11.8 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)方式 321
11.9 本章小結(jié) 322
11.10 習(xí)題 322
第 12 章 物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)實(shí)踐 324
12.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境 324
12.2 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)一 325
12.2.1 實(shí)驗(yàn)流程 327
12.2.2 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)操作 327
12.2.3 設(shè)備端操作 340
12.2.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果 344
12.2.5 設(shè)備端程序流程圖 349
12.3 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)二 350
12.3.1 實(shí)驗(yàn)流程 351
12.3.2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)配置 351
12.3.3 設(shè)備端配置 359
12.3.4 應(yīng)用端操作 362
12.3.5 設(shè)備端實(shí)驗(yàn)流程圖 366
12.4 本章小結(jié) 367
12.5 習(xí)題 367
第 13 章 低功耗與電磁兼容 368
13.1 低功耗設(shè)計(jì)方法 368
13.1.1 利用 I/O 引腳為外部器件供電 368
13.1.2 電源管理單元的設(shè)計(jì) 369
13.1.3 動(dòng)態(tài)改變 CPU 的時(shí)鐘頻率 369
13.1.4 軟件系統(tǒng)的低功耗設(shè)計(jì) 370
13.2 電源設(shè)計(jì) 372
13.2.1 電池的選擇 373
13.2.2 超低靜態(tài)電流 LDO 376
13.2.3 直流/直流轉(zhuǎn)換器 377
13.3 電磁兼容性 378
13.3.1 電磁干擾的形成 378
13.3.2 電磁兼容常用元器件 380
13.3.3 電磁兼容常用技巧 381
13.4 本章小結(jié) 384
13.5 習(xí)題 384
參考文獻(xiàn) 386