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本書基于ARM CortexM3內(nèi)核微控制器STM32F103和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OSⅡ，詳細(xì)講述嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)技術(shù)，主要內(nèi)容包括嵌入式系統(tǒng)概述、STM32F103微控制器、STM32F103學(xué)習(xí)平臺(tái)、LED燈控制與Keil MDK工程框架、按鍵與中斷處理、定時(shí)器、串口通信、存儲(chǔ)器管理、LCD屏與溫/濕度傳感器、C/OSⅡ系統(tǒng)與移植、C/OSⅡ任務(wù)管理、信號(hào)量與互斥信號(hào)量、消息郵箱與消息隊(duì)列等。本書的特色在于理論與應(yīng)用緊密結(jié)合，實(shí)例豐富，對(duì)于基于STM32F1系列微控制器及嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OSⅡ的教學(xué)和工程應(yīng)用，都具有一定的指導(dǎo)和參考價(jià)值。 本書可作為普通高等院校物聯(lián)網(wǎng)、電子工程、通信工程、自動(dòng)化、智能儀器、計(jì)算機(jī)工程和嵌入式控制等相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生教材，也可作為嵌入式系統(tǒng)愛好者和工程開發(fā)技術(shù)人員的參考用書。

1、《ARM Cortex-M3嵌入式開發(fā)與實(shí)踐基于STM32F103》按照認(rèn)知應(yīng)用提高的思路，全面介紹STM32F103微控制器內(nèi)部架構(gòu)及其常用典型硬件電路。2、針對(duì)片上外設(shè)，基于Keil MDK闡述寄存器和庫函數(shù)兩種類型工程程序設(shè)計(jì)方法。3、基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-Ⅱ和庫函數(shù)類型工程，探討面向任務(wù)程序設(shè)計(jì)方法。4、本書配套有教學(xué)課件（PPT）和源代碼。

前言
Foreword
自1971年第一塊單片機(jī)誕生至今，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了初期階段和蓬勃發(fā)展期，現(xiàn)已進(jìn)入了成熟期。在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展初期，各種EDA工具還不完善，芯片的制作工藝和成本頗高，嵌入式程序設(shè)計(jì)語言以匯編語言為主，該時(shí)期只有電子工程專業(yè)技術(shù)人員才能從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。到了20世紀(jì)80年代，隨著MCS51系列單片機(jī)的出現(xiàn)以及C51程序設(shè)計(jì)語言的成熟，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)成為嵌入式系統(tǒng)的代名詞，MCS51單片機(jī)迅速在智能儀表和自動(dòng)控制等相關(guān)領(lǐng)域得到普及。同時(shí)期，各種DSP芯片、FPGA芯片和SoC芯片也如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，應(yīng)用領(lǐng)域從最初的自動(dòng)控制應(yīng)用擴(kuò)展到各種各樣的智能應(yīng)用系統(tǒng)。隨后1997年，ARM公司推出ARM7微控制器，之后推出Cortex系列微控制器和微處理器，成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首選芯片，標(biāo)志著嵌入式系統(tǒng)進(jìn)入蓬勃發(fā)展期。全球的半導(dǎo)體廠商在芯片制造上百花齊放，百家爭鳴，是嵌入式系統(tǒng)蓬勃發(fā)展階段的突出寫照。這段時(shí)期，嵌入式系統(tǒng)工程師同時(shí)兼做硬件工程師和軟件工程師，需要涉獵各種各樣的芯片應(yīng)用知識(shí)，并開發(fā)各具特色的應(yīng)用程序。直到21世紀(jì)初，開源嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)出現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)工程師才真正分為嵌入式系統(tǒng)硬件工程師和嵌入式系統(tǒng)軟件工程師，硬件工程師負(fù)責(zé)硬件電路板設(shè)計(jì)、芯片外設(shè)訪問驅(qū)動(dòng)函數(shù)開發(fā)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)移植等，軟件工程師負(fù)責(zé)系統(tǒng)資源管理與調(diào)度、圖形用戶交互界面設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等，這標(biāo)志著嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到成熟期，從幾十個(gè)工程師到成百上千的工程師，通過細(xì)致分工協(xié)力合作進(jìn)行同一項(xiàng)嵌入式系統(tǒng)研發(fā)。本書內(nèi)容分為兩篇，第1篇主要面向硬件工程師和物聯(lián)網(wǎng)與電子設(shè)計(jì)類本科生，第2篇偏向于硬件工程師，同時(shí)也兼顧軟件工程師。本書由作者近幾年來在江西財(cái)經(jīng)大學(xué)軟件與通信工程學(xué)院的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和嵌入式系統(tǒng)原理課程教學(xué)的講義改編而成的，按章節(jié)順序進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)和課程實(shí)驗(yàn)。第1篇包括9章，是全書的硬件基礎(chǔ)和芯片級(jí)別程序設(shè)計(jì)部分。第1章介紹嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域；第2章介紹ARM CortexM3內(nèi)核微控制器芯片STM32F103的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳配置、存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)、異常與NVIC中斷等；第3章介紹ALIENTEK戰(zhàn)艦STM32F1學(xué)習(xí)板的硬件原理，重點(diǎn)介紹本書中使用的電路模塊，如STM32F103核心電路、電源電路與按鍵電路、LED與蜂鳴器電路模塊、串口模塊、Flash與EEPROM電路模塊、溫/濕度傳感器模塊、LCD屏模塊和SRAM模塊等，這部分內(nèi)容為后面程序設(shè)計(jì)的硬件電路基礎(chǔ)；第4章討論STM32F103的GPIO訪問方法以及LED燈控制技術(shù)，并完整地介紹基于Keil MDK創(chuàng)建工程的方法，后面的工程均基于該工程框架；第5章深入分析NVIC中斷的工作原理，重點(diǎn)介紹GPIO口外部輸入中斷的處理方法，并給出按鍵響應(yīng)實(shí)例；第6章闡述STM32F103內(nèi)部通用定時(shí)器、看門狗定時(shí)器和系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器的應(yīng)用與實(shí)例，其中，系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器主要用于為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供時(shí)鐘節(jié)拍（一般設(shè)為100Hz）；第7章介紹串口通信，一般借助中斷方式從上位機(jī)接收串口數(shù)據(jù)，通過函數(shù)調(diào)用方式向上位機(jī)發(fā)送串口數(shù)據(jù)；第8章介紹STM32F103訪問Flash芯片W25Q128和EEPROM芯片24C02的方法；第9章介紹STM32F103驅(qū)動(dòng)TFT LCD屏的方法，介紹LCD屏顯示字符和漢字的方法，并闡述溫/濕度傳感器DHT11的應(yīng)用方法，展示LCD屏顯示環(huán)境溫/濕度值的應(yīng)用實(shí)例。
第2篇為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)級(jí)別的程序設(shè)計(jì)部分，介紹嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OSⅡ在微控制器STM32F103上的移植和工程設(shè)計(jì)方法，包括4章，依次介紹系統(tǒng)組成與移植文件、任務(wù)管理與工程框架、信號(hào)量與互斥信號(hào)量、消息郵箱與消息隊(duì)列。這篇內(nèi)容中沒有對(duì)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OSⅡ的內(nèi)部工作原理進(jìn)行剖析，感興趣的讀者可參考文獻(xiàn)［6］、［8］。ARM CortexM3嵌入式開發(fā)與實(shí)踐基于STM32F103

作為教材，需要體現(xiàn)知識(shí)的完整性和可擴(kuò)展性。通過本書的教學(xué)活動(dòng)，展示給學(xué)生和讀者一個(gè)從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)認(rèn)知應(yīng)用提高的全過程。認(rèn)知體現(xiàn)為對(duì)嵌入式系統(tǒng)核心芯片的學(xué)習(xí)和掌握，重點(diǎn)在于學(xué)習(xí)一款芯片的存儲(chǔ)器、中斷與片內(nèi)外設(shè)（合稱為芯片的三要素），這也是第2章關(guān)于STM32F103芯片的重點(diǎn)內(nèi)容；應(yīng)用體現(xiàn)在應(yīng)用芯片進(jìn)行嵌入式電路板的設(shè)計(jì)，并掌握各個(gè)電路模塊的工作原理和訪問技術(shù)，會(huì)應(yīng)用C語言進(jìn)行驅(qū)動(dòng)函數(shù)設(shè)計(jì)，即第3~9章的全部內(nèi)容；提高是指實(shí)現(xiàn)該電路板嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的移植，并將底層硬件的訪問方法抽象為函數(shù)調(diào)用，即第2篇的內(nèi)容，使得沒有硬件電路基礎(chǔ)的軟件工程師可在此基礎(chǔ)上開發(fā)出高性能的用戶應(yīng)用程序，并實(shí)現(xiàn)友好的圖形用戶界面。本書全部工程的源代碼可從清華大學(xué)出版社網(wǎng)站本書主頁下載。本書中的全部工程都是完整且相互聯(lián)系的，后續(xù)章節(jié)的工程建立在前面章節(jié)工程的基礎(chǔ)上，是添加了新的功能而構(gòu)建的。本書以有限的篇幅巧妙地將所有工程的源代碼都包含進(jìn)來，強(qiáng)烈建議讀者自行錄入源程序，以加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。
本書第3章的硬件學(xué)習(xí)平臺(tái)借鑒廣州市星翼電子科技有限公司（www.alientek.com）ALIENTEK戰(zhàn)艦STM32F1V3開發(fā)板的硬件電路原理圖，需要指出的是，第3章的學(xué)習(xí)平臺(tái)是一個(gè)完整的硬件平臺(tái)，也是作者鼓勵(lì)學(xué)生們分組開展設(shè)計(jì)的硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。同時(shí)，本書的所有工程均使用ALIENTEK戰(zhàn)艦STM32F1V3開發(fā)板測試通過。需要特別說明的是，星翼電子主持的開源技術(shù)論壇（www.openedv.com）收集了學(xué)習(xí)32位STM32系列微控制器最優(yōu)秀的資源。在本書成稿之際，對(duì)星翼電子公司的張洋總經(jīng)理給予的大力支持表示誠摯的謝意，同時(shí)，還要感謝學(xué)生何維和彭錦在工程驗(yàn)證上所做的大量工作，感謝清華大學(xué)出版社工作人員對(duì)本書出版付出的辛勤工作。由于作者水平有限，書中難免會(huì)有疏漏之處，敬請(qǐng)同行專家和讀者批評(píng)指正。作者于江財(cái)楓林校區(qū)2016年11月

目錄Contents

第1篇STM32F103硬件系統(tǒng)與Keil MDK工程

第1章嵌入式系統(tǒng)概述

1.1嵌入式系統(tǒng)范例

1.2嵌入式系統(tǒng)概念

1.2.1嵌入式系統(tǒng)與ARM的關(guān)系

1.2.2嵌入式系統(tǒng)與嵌入式操作系統(tǒng)的關(guān)系

1.2.3嵌入式系統(tǒng)研發(fā)特點(diǎn)

1.3ARM發(fā)展歷程及應(yīng)用領(lǐng)域

1.3.1ARM發(fā)展史及命名規(guī)則

1.3.2ARM微處理器系列

1.3.3ARM微處理器應(yīng)用領(lǐng)域

1.4嵌入式操作系統(tǒng)

1.4.1Windows CE

1.4.2VxWorks

1.4.3嵌入式Linux

1.4.4Android系統(tǒng)

1.5C/OSⅡ與C/OSⅢ

1.5.1C/OS發(fā)展歷程

1.5.2C/OSⅡ特點(diǎn)

1.5.3C/OSⅢ特點(diǎn)

1.5.4C/OS應(yīng)用領(lǐng)域

1.6本章小結(jié)

習(xí)題

第2章STM32F103微控制器

2.1STM32F103概述

2.2STM32F103ZET6引腳定義

2.3STM32F103架構(gòu)

2.4STM32F103存儲(chǔ)器

2.5STM32F103片內(nèi)外設(shè)

2.6STM32F103異常與中斷

2.7本章小結(jié)

習(xí)題

第3章STM32F103學(xué)習(xí)平臺(tái)

ARM CortexM3嵌入式開發(fā)與實(shí)踐基于STM32F103

3.1STM32F103核心電路

3.2電源電路與按鍵電路

3.3LED與蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路

3.4串口通信電路

3.5Flash與EEPROM電路

3.6溫/濕度傳感器電路

3.7LCD屏接口電路

3.8JTAG與復(fù)位電路

3.9SRAM電路

3.10本章小結(jié)

習(xí)題

第4章LED燈控制與Keil MDK工程框架

4.1STM32F103通用目的輸入/輸出口

4.1.1GPIO寄存器

4.1.2AFIO寄存器

4.2STM32F103庫函數(shù)用法

4.3Keil MDK工程框架

4.4LED燈閃爍實(shí)例

4.4.1寄存器類型工程實(shí)例

4.4.2庫函數(shù)類型工程實(shí)例

4.5本章小結(jié)

習(xí)題

第5章按鍵與中斷處理

5.1NVIC中斷工作原理

5.2GPIO外部輸入中斷

5.3用戶按鍵中斷實(shí)例

5.3.1寄存器類型工程實(shí)例

5.3.2庫函數(shù)類型工程實(shí)例

5.4本章小結(jié)

習(xí)題

第6章定時(shí)器

6.1系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器

6.1.1系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器工作原理

6.1.2系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器實(shí)例

6.2看門狗定時(shí)器

6.2.1窗口看門狗定時(shí)器工作原理

6.2.2窗口看門狗定時(shí)器寄存器類型實(shí)例

6.2.3窗口看門狗定時(shí)器庫函數(shù)類型實(shí)例

6.3實(shí)時(shí)時(shí)鐘

6.3.1實(shí)時(shí)時(shí)鐘工作原理

6.3.2實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器類型實(shí)例

6.3.3實(shí)時(shí)時(shí)鐘庫函數(shù)類型實(shí)例

6.4通用定時(shí)器

6.4.1通用定時(shí)器工作原理

6.4.2通用定時(shí)器寄存器類型實(shí)例

6.4.3通用定時(shí)器庫函數(shù)類型實(shí)例

6.5本章小結(jié)

習(xí)題

第7章串口通信

7.1串口通信工作原理

7.2STM32F103串口

7.3串口通信寄存器類型實(shí)例

7.4串口通信庫函數(shù)類型實(shí)例

7.5本章小結(jié)

習(xí)題

第8章存儲(chǔ)器管理

8.1SRAM存儲(chǔ)器

8.1.1訪問SRAM存儲(chǔ)器寄存器類型實(shí)例

8.1.2訪問SRAM存儲(chǔ)器庫函數(shù)類型實(shí)例

8.2EEPROM存儲(chǔ)器

8.2.1訪問EEPROM寄存器類型實(shí)例

8.2.2訪問EEPROM庫函數(shù)類型實(shí)例

8.3Flash存儲(chǔ)器

8.3.1STM32F103同步串行口

8.3.2W25Q128訪問控制

8.3.3訪問Flash存儲(chǔ)器寄存器類型工程實(shí)例

8.3.4訪問Flash存儲(chǔ)器庫函數(shù)類型工程實(shí)例

8.4本章小結(jié)

習(xí)題

第9章LCD屏與溫/濕度傳感器

9.1LCD屏顯示原理

9.2溫/濕度傳感器

9.3LCD顯示實(shí)例

9.3.1寄存器類型實(shí)例

9.3.2庫函數(shù)類型實(shí)例

9.4本章小結(jié)

習(xí)題

第2篇嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OSⅡ

第10章C/OSⅡ系統(tǒng)與移植

10.1C/OSⅡ系統(tǒng)移植

10.2C/OSⅡ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置

10.3C/OSⅡ系統(tǒng)任務(wù)

10.3.1空閑任務(wù)

10.3.2統(tǒng)計(jì)任務(wù)

10.3.3定時(shí)器任務(wù)

10.4本章小結(jié)

習(xí)題

第11章C/OSⅡ任務(wù)管理

11.1C/OSⅡ用戶任務(wù)

11.2C/OSⅡ多任務(wù)工程實(shí)例

11.3統(tǒng)計(jì)任務(wù)實(shí)例

11.4系統(tǒng)定時(shí)器

11.5本章小結(jié)

習(xí)題

第12章信號(hào)量與互斥信號(hào)量

12.1C/OSⅡ信號(hào)量

12.2C/OSⅡ互斥信號(hào)量

12.3信號(hào)量與互斥信號(hào)量實(shí)例

12.4本章小結(jié)

習(xí)題

第13章消息郵箱與消息隊(duì)列

13.1C/OSⅡ消息郵箱

13.2C/OSⅡ消息隊(duì)列

13.3消息郵箱與消息隊(duì)列實(shí)例

13.4本章小結(jié)

習(xí)題

參考文獻(xiàn)