ARM嵌入式体系结构与接口技术（Cortex-A8版）

目　录

第1章　嵌入式系统基础知识　1
1.1　嵌入式系统的概述　1
1.1.1　嵌入式系统简介　1
1.1.2　嵌入式系统的特点　2
1.1.3　嵌入式系统的发展　3
1.2　嵌入式系统的组成　5
1.2.1　嵌入式系统的硬件组成　5
1.2.2　嵌入式系统的软件组成　6
1.3　嵌入式操作系统举例　6
1.3.1　商业版嵌入式操作系统　6
1.3.2　开源版嵌入式操作系统　7
1.4　嵌入式系统开发概述　8
小结　13
思考与练习　13

第2章　ARM技术概述　14
2.1　ARM体系结构的技术特征及发展　14
2.1.1　ARM公司简介　14
2.1.2　ARM技术特征　15
2.1.3　ARM体系结构的发展　16
2.2　ARM微处理器简介　18
2.2.1　ARM7处理器系列　19
2.2.2　ARM9处理器系列　19
2.2.3　ARM9E 处理器系列　20
2.2.4　ARM11处理器系列　20
2.2.5　SecurCore处理器系列　20
2.2.6　StrongARM和Xscale处理器系列　21
2.2.7　MPCore处理器系列　21
2.2.8　Cortex处理器系列　21
2.3　ARM微处理器结构　23
2.4　ARM微处理器的应用选型　23
2.4.1　ARM芯片选择的一般原则　24
2.4.2　选择一款适合教学的ARM芯片　24
2.5　Cortex-A8内部功能及特点　28
2.6　数据类型　28
2.6.1　ARM的基本数据类型　28
2.6.2　浮点数据类型　29
2.6.3　存储器大/小端　29
2.7　Cortex-A8内核工作模式　30
2.8　Cortex-A8存储系统　31
2.8.1　协处理器　32
2.8.2　存储管理单元　33
2.8.3　高速缓冲存储器　33
2.8.4　NEON技术　34
2.8.5　安全域(TrustZone)　34
2.9　流水线　34
2.9.1　流水线的概念与原理　34
2.9.2　流水线的分类　35
2.9.3　影响流水线性能的因素　36
2.10　寄存器组织　37
2.11　程序状态寄存器　39
2.12　SAMSUNG S5PC100处理器介绍　41
小结　43
思考与练习　43

第3章　ARM的指令集合　44
3.1　ARM指令集　44
3.1.1　数据操作指令　44
3.1.2　乘法指令　51
3.1.3　Load/Store指令　53
3.1.4　跳转指令　59
3.1.5　状态操作指令　62
3.1.6　协处理器指令　63
3.1.7　异常产生指令　65
3.2　ARM指令的寻址方式　67
小结　71
思考与练习　71

第4章　GNU汇编伪指令集　72
4.1　GNU汇编器的平台无关伪指令　72
4.1.1　伪指令概念　72
4.1.2　符号定义伪指令　73
4.1.3　数据定义伪指令　74
4.1.4　汇编控制伪操作　76
4.1.5　杂项伪操作　78
4.2　GNU汇编器支持的ARM伪指令　80
4.2.1　ADR伪指令　80
4.2.2　ADRL伪指令　80
4.2.3　LDR伪指令　81
4.3　ARM汇编语言的程序结构　82
4.3.1　汇编语言的程序格式　82
4.3.2　汇编语言的子程序调用　82
4.3.3　过程调用标准AAPCS/ATPCS　83
4.3.4　汇编语言程序设计举例　84
4.4　汇编语言与C语言的混合编程　84
4.4.1　GNU内联汇编　85
4.4.2　C和汇编的混合编程　87
小结　88
思考与练习　89

第5章　ARM集成开发环境搭建　90
5.1　FS-JTAG仿真器介绍　90
5.2　开发环境搭建　91
5.2.1　开发工具的安装　91
5.2.2　创建一个新工程　93
5.2.3　调试工程　95
小结　96
思考与练习　96

第6章　GPIO编程　97
6.1　GPIO功能介绍　97
6.2　S5PC100芯片的GPIO控制器介绍　98
6.2.1　特性　98
6.2.2　GPIO分组预览　98
6.2.3　S5PC100的GPIO常用寄存器分类　98
6.2.4　S5PC100 I/O接口常用寄存器详解　99
6.3　S5PC100的GPIO的实例　100
6.3.1　电路原理　101
6.3.2　寄存器设置　101
6.3.3　程序编写　101
小结　102
思考与练习　102

第7章　ARM系统时钟及编程　103
7.1　S5PC100时钟域的划分　103
7.2　S5PC100时钟的产生过程分析　104
7.2.1　时钟的产生　104
7.2.2　模块对应的时钟域　105
7.3　S5PC100时钟源的选择　105
7.3.1　时钟来自于外部引脚　105
7.3.2　时钟来自于时钟管理单元(CMU)　106
7.4　S5PC100时钟的配置　106
7.5　S5PC100时钟配置寄存器描述　108
7.6　S5PC100时钟源配置示例　109
小结　110
思考与练习　110

第8章　ARM异常处理及编程　111
8.1　ARM异常中断处理概述　111
8.2　ARM体系异常种类　112
8.3　ARM异常的优先级　116
8.4　ARM处理器模式和异常　117
8.5　ARM异常响应和处理程序返回　117
8.5.1　中断响应的概念　117
8.5.2　ARM异常响应流程　118
8.5.3　从异常处理程序中返回　119
8.6　ARM系统中异常中断处理程序的安装　121
8.7　ARM的SWI异常中断处理程序设计　121
8.8　FIQ和IRQ异常中断程序设计　124
8.9　基于Cortex-A8内核的S5PC100异常程序设计　125
8.9.1　S5PC100中断机制分析　125
8.9.2　S5PC100中断处理程序实例　128
小结　132
思考与练习　132

第9章　串行通信接口　133
9.1　串行通信　133
9.1.1　串行通信与并行通信的概念　133
9.1.2　异步串行方式的特点　134
9.1.3　异步串行方式的数据格式　134
9.1.4　同步串行方式的特点　134
9.1.5　同步串行方式的数据格式　134
9.1.6　比特率、比特率因子与位周期　135
9.1.7　RS-232C串口规范　135
9.1.8　RS-232C接线方式　137
9.2　S5PC100异步串行通信　137
9.2.1　S5PC100串口控制器概述　137
9.2.2　S5PC100串口控制器寄存器　138
9.3　串口发送接收程序示例　142
9.3.1　电路连接　142
9.3.2　程序的编写　142
9.3.3　调试与运行程序　145
小结　145
思考与练习　145

第10章　PWM定时器　146
10.1　S5PC100 PWM定时器　146
10.1.1　PWM定时器概述　146
10.1.2　PWM定时器特点　147
10.1.3　PWM定时器的寄存器　148
10.1.4　PWM定时器示例　152
10.2　S5PC100看门狗定时器　154
10.2.1　S5PC100看门狗定时器概述　154
10.2.2　看门狗定时器寄存器　155
10.2.3　看门狗定时器程序编写　156
小结　157
思考与练习　157

第11章　A/D转换器　158
11.1　A/D转换器原理　158
11.1.1　A/D转换基础　158
11.1.2　A/D转换的技术指标　159
11.1.3　A/D转换器类型　160
11.1.4　A/D转换的一般步骤　164
11.2　S5PC100 A/D转换器　164
11.2.1　S5PC100 A/D转换器概述　164
11.2.2　S5PC100 A/D控制器寄存器　165
11.3　A/D转换器示例　167
11.3.1　电路连接　167
11.3.2　程序的编写　167
11.3.3　调试与运行结果　168
小结　168
思考与练习　168

第12章　实时时钟RTC　169
12.1　RTC介绍　169
12.2　RTC控制器　170
12.3　RTC控制器寄存器详解　170
12.4　RTC应用示例　173
小结　174
思考与练习　174

第13章　I2C总线　175
13.1　I2C总线　175
13.1.1　I2C总线介绍　175
13.1.2　I2C总线术语　176
13.1.3　I2C总线位传输　176
13.1.4　I2C总线数据传输　177
13.1.5　I2C总线寻址方式　177
13.1.6　快速和高速模式　178
13.2　I2C总线控制器　179
13.2.1　S5PC100下的I2C控制器介绍　179
13.2.2　I2C总线控制寄存器详解　179
13.3　I2C总线应用示例　180
13.3.1　电路原理分析　180
13.3.2　代码实现　182
小结　183
思考与练习　183

第14章　存储器接口　184
14.1　Flash ROM介绍　184
14.2　NOR Flash操作　186
14.2.1　AM29LV160D芯片介绍　186
14.2.2　AM29LV160D字编程操作　187
14.2.3　AM29LV160D扇区/块擦除操作　188
14.2.4　AM29LV160D芯片擦除操作　188
14.2.5　AM29LV160D与S5PC100的接口电路　189
14.2.6　AM29LV160D存储器的程序设计　190
14.3　NAND Flash操作　192
14.3.1　芯片介绍　192
14.3.2　读操作过程　193
14.3.3　擦除操作过程　194
14.3.4　写操作过程　195
14.4　S5PC100中NAND Flash控制器的操作　195
14.4.1　S5PC100中NAND Flash控制器概述　195
14.4.2　S5PC100中NAND Flash控制器寄存器详解　196
14.5　S5PC100 NAND Flash接口电路与程序设计　198
14.5.1　K9F2G080U和S5PC100的接口电路　198
14.5.2　S5PC100控制K9F2G080U的程序设计　198
小结　202
思考与练习　202

第15章　SPI接口　203
15.1　SPI总线协议理论　203
15.1.1　协议简介　203
15.1.2　协议内容　203
15.2　SPI控制器详解　205
15.2.1　S5PC100的SPI控制器简介　205
15.2.2　时钟源控制　206
15.2.3　寄存器详解　206
15.3　SPI接口应用示例　208
小结　214
思考与练习　214

第16章　DMA控制器　215
16.1　PL330原理概述　215
16.1.1　DMAC简述　215
16.1.2　S5PC100下的DMAC模型　216
16.1.3　PL330简述　217
16.2　PL330详解　219
16.2.1　PL330指令集　219
16.2.2　相关寄存器详解　223
16.3　S5PC100 PL330示例　224
小结　228
思考与练习　228

第17章　LCD接口技术　229
17.1　LCD控制器原理概述　229
17.1.1　LCD控制器介绍　229
17.1.2　S5PC100的 LCD控制器介绍　230
17.1.3　S5PC100的LCD控制器操作　231
17.1.4　LCD控制器寄存器　233
17.2　LCD控制器应用示例　237
小结　241
思考与练习　241

第18章　CAMIF接口技术　242
18.1O　V9650介绍　242
18.1.1　芯片功能描述　242
18.1.2　OV9650物理参数　243
18.1.3　OV9650寄存器详解　244
18.2　SCCB总线　246
18.2.1　SCCB协议介绍　246
18.2.2　SCCB的总线编程　247
18.3　CAMIF接口详解　248
18.3.1　基于S5PC100的CAMIF接口介绍　248
18.3.2　S5PC100 CAMIF寄存器详解　250
18.3.3　CAMIF应用示例　253
小结　256
思考与练习　256

参考文献　257