Cortex-M3可編程片上系統(tǒng)原理及應(yīng)用

《Cortex-M3可編程片上系統(tǒng)原理及應(yīng)用》系統(tǒng)化、模塊化地介紹了Cypress公司的PSoC5內(nèi)所集成的ARMCortex-M3CPU硬核處理器結(jié)構(gòu)及指令集、PSoC5內(nèi)各個(gè)功能單元的結(jié)構(gòu)以及基于PSoCCreator2．0軟件的片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。主要內(nèi)容包括：PSoC設(shè)計(jì)導(dǎo)論，PSoC5 CPU及存儲(chǔ)子系統(tǒng)，PSoC5CPU指令系統(tǒng)，PSoC5公共資源，PSoC編程和調(diào)試接口功能，基于PSoCCreator的程序設(shè)計(jì)，定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和PWM模塊，LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊，F(xiàn)C總線模塊，USB總線模塊，通用數(shù)字塊UDB，模擬前端模塊，ADC和DAC模塊，電容感應(yīng)模塊，數(shù)字濾波器模塊和uC-OS／Ⅲ操作系統(tǒng)。本書可作為從事Cypress可編程片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員的參考用書，也可作為大學(xué)本科生和研究生教材，同時(shí)也可作為Cypress公司相關(guān)內(nèi)容的培訓(xùn)教材。

第1章 PSoC設(shè)計(jì)導(dǎo)論 1

1.1 微控制器基礎(chǔ) 1

1.1.1 微控制器的涵義 1

1.1.2 微控制器編程語言 2

1.2 可編程片上系統(tǒng)PSoC概述 3

1.2.1 PSoC發(fā)展概述 3

1.2.2 PSoC設(shè)計(jì)方法 5

1.3 PSoC5設(shè)計(jì)流程 7

1.3.1 硬件設(shè)計(jì)流程 8

1.3.2 軟件設(shè)計(jì)流程 9

1.4 PSoC5的結(jié)構(gòu)及功能 10

1.4.1 PSoC5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 10

1.4.2 數(shù)字子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能 10

1.4.3 模擬子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能 13

1.4.4 輸入/輸出引腳功能 14

1.5 PSoC5器件概述 15

1.5.1 PSoC5引腳分布 15

1.5.2 PSoC5器件分類和資源 16

第2章 PSoC5 CPU及存儲(chǔ)子系統(tǒng) 19

2.1 Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)概述 19

2.1.1 Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)特性 19

2.1.2 流水線結(jié)構(gòu) 20

2.1.3 寄存器 20

2.1.4 操作模式 23

2.1.5 SysTick定時(shí)器 23

2.1.6 存儲(chǔ)器空間映射 23

2.1.7 異常及處理 26

2.2 嵌套向量中斷控制器 26

2.2.1 中斷控制器的特性 26

2.2.2 中斷使能 28

2.2.3 中斷優(yōu)先級(jí) 29

2.2.4 電平/脈沖中斷 30

2.2.5 中斷的執(zhí)行 30

2.2.6 PSoC5中斷特性 31

2.2.7 中斷控制器和功耗模式 34

2.3 高速緩存控制器 35

2.4 PHUB和DMA控制器 36

2.4.1 PHUB 36

2.4.2 DMA控制器 38

2.4.3 訪問DMAC 44

2.4.4 DMAC傳輸模式 45

2.4.5 PHUB和DMAC寄存器列表 46

2.5 PSoC5存儲(chǔ)器系統(tǒng) 47

2.5.1 SRAM存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及功能 47

2.5.2 非易失性鎖存器結(jié)構(gòu)及功能 48

2.5.3 Flash程序存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及功能 49

2.5.4 EEPROM存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)及功能 50

第3章 PSoC5 CPU指令系統(tǒng) 51

3.1 Cortex-M3指令尋址模式 51

3.2 Cortex-M3 CPU指令集 53

3.2.1 Cortex-M3指令集概述 53

3.2.2 CMSIS函數(shù) 54

3.2.3 存儲(chǔ)器訪問指令 54

3.2.4 通用數(shù)據(jù)處理指令 61

3.2.5 乘法和除法指令 69

3.2.6 飽和指令 71

3.2.7 比特位操作指令 72

3.2.8 分支和控制指令 74

3.2.9 雜項(xiàng)操作指令 77

3.3 Cortex-M3 匯編語言編程模型 80

第4章 PSoC5公共資源 82

4.1 時(shí)鐘管理 82

4.1.1 內(nèi)部振蕩器 83

4.1.2 外部振蕩器 84

4.1.3 DSI時(shí)鐘 86

4.1.4 相位鎖相環(huán) 86

4.1.5 USB時(shí)鐘 86

4.2 電源管理 87

4.2.1 電源模式 87

4.2.2 電源監(jiān)控 89

4.3 看門狗定時(shí)器 89

4.4 復(fù)位 90

4.4.1 復(fù)位模塊功能介紹 90

4.4.2 復(fù)位源 91

4.5 I/O系統(tǒng)和布線資源 92

4.5.1 I/O系統(tǒng)特性 92

4.5.2 I/O驅(qū)動(dòng)模式 94

4.5.3 DSI控制數(shù)字I/O 97

4.5.4 模擬I/O引腳 99

4.5.5 LCD驅(qū)動(dòng)引腳 100

4.5.6 電容感應(yīng)觸摸引腳 100

4.5.7 SIO功能和特性 100

4.5.8 上電時(shí)I/O配置 101

4.5.9 過電壓容限 101

4.5.10 端口中斷控制器單元 102

第5章 PSoC編程和調(diào)試接口功能 104

5.1 測(cè)試控制器 104

5.1.1 測(cè)試控制器結(jié)構(gòu) 104

5.1.2 SWD接口規(guī)范 104

5.1.3 PSoC5 SWD的特性 106

5.2 Cortex-M3調(diào)試和跟蹤 107

5.2.1 內(nèi)核調(diào)試 108

5.2.2 系統(tǒng)調(diào)試 109

5.3 非易失性存儲(chǔ)器編程 110

第6章 基于PSoC Creator的程序設(shè)計(jì) 112

6.1 PSoC Creator軟件功能 112

6.2 匯編語言GPIO控制程序的設(shè)計(jì) 113

6.2.1 創(chuàng)建和配置工程 113

6.2.2 查看和設(shè)置公共資源 114

6.2.3 編寫GPIO匯編語言控制程序 115

6.3 C語言GPIO控制程序的設(shè)計(jì) 119

6.3.1 使用C語言指針對(duì)GPIO端口控制 120

6.3.2 調(diào)用API函數(shù)對(duì)GPIO端口控制 120

6.3.3 PSoC5的SRAM內(nèi)函數(shù)定位 126

6.4 中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì) 128

6.4.1 創(chuàng)建和配置工程 128

6.4.2 添加IP核資源到設(shè)計(jì) 128

6.4.3 IP核參數(shù)配置和連接 129

6.4.4 中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì) 131

6.4.5 下載并調(diào)試工程 133

第7章 定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和PWM模塊 134

7.1 定時(shí)器模塊特性 134

7.2 定時(shí)器模塊結(jié)構(gòu) 134

7.2.1 時(shí)鐘選擇 135

7.2.2 使能/禁止模塊 136

7.2.3 輸入信號(hào)特性 136

7.2.4 操作模式 137

7.2.5 中斷使能 141

7.2.6 寄存器列表 141

7.3 PWM控制LED顯示的實(shí)現(xiàn) 142

7.3.1 創(chuàng)建和配置工程 142

7.3.2 編寫軟件程序 146

7.3.3 編程及調(diào)試 147

第8章 LCD顯示驅(qū)動(dòng)模塊 148

8.1 LCD的工作原理 148

8.1.1 LCD物理結(jié)構(gòu) 148

8.1.2 LCD液晶分類 149

8.2 LCD驅(qū)動(dòng)特性 154

8.3 LCD驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 154

8.4 LCD功能描述 155

8.4.1 LCD DAC 155

8.4.2 LCD配置選項(xiàng) 156

8.4.3 LCD驅(qū)動(dòng)模塊 156

8.4.4 UDB 159

8.4.5 DMA 159

8.5 段式LCD顯示的實(shí)現(xiàn) 160

8.5.1 段式LCD的功能 160

8.5.2 段式LCD的參數(shù)配置 162

8.5.3 編寫軟件程序 167

8.5.4 編程及調(diào)試 169

第9章 I2C總線模塊 170

9.1 I2C總線模塊概述 170

9.2 I2C總線實(shí)現(xiàn)原理 171

9.2.1 I2C總線模塊結(jié)構(gòu) 171

9.2.2 典型的I2C數(shù)據(jù)傳輸 171

9.2.3 I2C總線寄存器及操作 172

9.3 I2C總線操作模式 173

9.3.1 從模式 173

9.3.2 主模式 174

9.3.3 多主模式 175

9.4 I2C模塊通信的實(shí)現(xiàn) 176

9.4.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理 176

9.4.2 創(chuàng)建和配置工程 177

9.4.3 編寫軟件程序 181

9.4.4 編程及調(diào)試 183

第10章 USB總線模塊 184

10.1 USB總線模塊概述 184

10.2 USB模塊結(jié)構(gòu) 184

10.2.1 串行接口引擎SIE 185

10.2.2 仲裁器 186

10.3 USB模塊工作條件 187

10.3.1 工作頻率 187

10.3.2 工作電壓 188

10.3.3 收發(fā)器 188

10.3.4 端點(diǎn) 188

10.3.5 傳輸類型 188

10.3.6 中斷 189

10.4 邏輯傳輸模式 189

10.4.1 非DMA訪問 190

10.4.2 手工DMA訪問 190

10.4.3 控制端點(diǎn)的邏輯傳輸 193

10.5 PS/2和CMOS I/O模式 194

10.6 USB模塊寄存器列表 194

10.7 USB人體學(xué)輸入設(shè)備的實(shí)現(xiàn) 195

10.7.1 人體接口設(shè)備的原理 195

10.7.2 創(chuàng)建和配置工程 200

10.7.3 編寫軟件程序 204

10.7.4 編程及調(diào)試 205

第11章 通用數(shù)字塊UDB 207

11.1 通用數(shù)字塊概述 207

11.2 UDB模塊結(jié)構(gòu) 208

11.2.1 PLD模塊結(jié)構(gòu)及宏單元 208

11.2.2 數(shù)據(jù)通道模塊 209

11.2.3 狀態(tài)和控制模塊 212

11.3 交通燈控制電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 213

11.3.1 交通燈設(shè)計(jì)原理 213

11.3.2 交通燈控制電路的設(shè)計(jì) 213

11.3.3 引腳分配 218

11.3.4 設(shè)計(jì)下載與測(cè)試 218

11.4 靜態(tài)時(shí)序分析 218

第12章 模擬前端模塊 220

12.1 模擬比較器 220

12.1.1 輸入和輸出接口 220

12.1.2 LUT 220

12.2 運(yùn)算放大器模塊 221

12.3 可編程SC/CT模塊 223

12.3.1 單純的放大器 224

12.3.2 單位增益 225

12.3.3 可編程增益放大器 225

12.3.4 互阻放大器 227

12.3.5 連續(xù)時(shí)間混頻器 228

12.3.6 采樣混頻器 228

12.3.7 Δ-Σ調(diào)制器 230

12.3.8 跟蹤和保持放大器 231

12.4 精密參考源 231

12.5 基于混頻器的精確整流實(shí)現(xiàn) 233

12.5.1 整流器設(shè)計(jì)原理 233

12.5.2 創(chuàng)建和配置工程 233

12.5.3 編寫軟件程序 237

12.5.4 編程及調(diào)試 237

第13章 ADC和DAC模塊 238

13.1 Δ-ΣADC模塊 238

13.1.1 Δ-ΣADC模塊概述 238

13.1.2 Δ-ΣADC結(jié)構(gòu) 239

13.1.3 Δ-Σ ADC操作模式 241

13.2 SAR ADC模塊 242

13.2.1 SAR ADC模塊概述 242

13.2.2 SAR ADC模塊的工作原理 242

13.3 DAC模塊 243

13.4 基于SAR ADC的數(shù)字電壓表實(shí)現(xiàn) 246

13.4.1 創(chuàng)建和配置工程 246

13.4.2 編寫軟件程序 249

13.4.3 編程及調(diào)試 250

13.5 基于Δ-Σ ADC的數(shù)字電壓表實(shí)現(xiàn) 251

13.5.1 創(chuàng)建和配置工程 251

13.5.2 編寫軟件程序 253

13.5.3 編程及調(diào)試 254

13.6 IDAC值顯示的實(shí)現(xiàn) 254

13.6.1 創(chuàng)建和配置工程 255

13.6.2 編寫軟件程序 258

13.6.3 編程及調(diào)試 258

第14章 電容感應(yīng)模塊 259

14.1 電容感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu) 259

14.2 電容感應(yīng)Δ-Σ算法 262

14.3 電容感應(yīng)觸摸的實(shí)現(xiàn) 263

14.3.1 創(chuàng)建和配置工程 263

14.3.2 編寫軟件程序 266

14.3.3 編程及調(diào)試 267

第15章 數(shù)字濾波器模塊 268

15.1 數(shù)字濾波器模塊概述 268

15.2 數(shù)字濾波器模塊結(jié)構(gòu) 269

15.2.1 控制器 269

15.2.2 FSM RAM 270

15.2.3 數(shù)據(jù)通道 272

15.2.4 地址計(jì)算單元 273

15.2.5 總線接口和寄存器描述 274

15.3 基于DFB的數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn) 276

15.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述 276

15.3.2 元件參數(shù)配置 276

15.3.3 DMA配置向?qū)?280

15.3.4 編寫軟件程序 282

15.3.5 編程及調(diào)試 283

第16章 μC-OS/III操作系統(tǒng) 284

16.1 μC-OS/III操作系統(tǒng)概述 284

16.1.1 操作系統(tǒng)的作用 284

16.1.2 μC-OS/III操作系統(tǒng)內(nèi)核特征 285

16.1.3 μC/OS-III操作系統(tǒng)文件的結(jié)構(gòu) 288

16.1.4 μC/OS-III操作系統(tǒng)應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)分析 289

16.2 μC-OS/III操作系統(tǒng)內(nèi)核及功能 296

16.2.1 單任務(wù)和多任務(wù)處理 296

16.2.2 臨界區(qū) 300

16.2.3 任務(wù)管理 300

16.2.4 準(zhǔn)備列表 301

16.2.5 調(diào)度 301

16.2.6 上下文切換 302

16.2.7 中斷管理 302

16.2.8 等待列表 303

16.2.9 時(shí)間管理 303

16.2.10 定時(shí)器管理 303

16.2.11 資源管理 304

16.2.12 消息傳遞 305

16.2.13 多個(gè)對(duì)象等待處理 307

16.2.14 存儲(chǔ)器管理 308

16.3 PSoC5硬件系統(tǒng)的構(gòu)建 309

16.4 添加中斷代碼到ISR中 310

16.4.1 添加中斷代碼到ProbeUART_TxISR.c中 310

16.4.2 添加中斷代碼到ProbeUART_RxISR.c中 311

16.5 配置引腳 311

16.6 運(yùn)行設(shè)計(jì) 312

16.7 啟動(dòng)μC/Probe工具 313

參考文獻(xiàn) 316