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第一部分　ARM嵌入式系统设计2

第1章　嵌入式系统概要2

1.1 嵌入式系统概要2

1.1.1　嵌入式系统简介2

1.1.2　嵌入式系统微处理器2

1.1.3　嵌入式操作系统5

1.1.4　嵌入式系统的应用模式9

1.1.5　嵌入式系统选型9

1.2　ARM处理器9

1.2.1　ARM处理器简介9

1.2.2　ARM处理器类型10

1.2.2　几种典型的ARM处理器16

第2章　ARM7嵌入式系统硬件基础22

2.1 AT91SAM7S64微处理器介绍22

2.1.1 AT91SAM7S64的特点22

2.1.2　AT91SAM7S64内部结构23

2.1.3 AT91SAM7S64存储器映射27

2.1.4　系统控制器映射28

2.1.5 外设映射29

2.2　AT91SAM7S64嵌入式系统硬件设计29

2.2.1 硬件结构29

2.2.2　基本电路30

2.3　AT91SAM7S64嵌入式系统外围硬件设计31

2.3.1 I/O接口电路31

2.3.2　Key接口电路32

2.3.3 LED接口电路32

2.3.4　USB接口电路33

2.3.5　稳压电源电路33

2.3.6　模拟信号调理电路34

2.3.7　JTAG接口电路35

2.3.8 串行EEPROM接口电路36

2.3.9　复位与看门狗电路36

2.3.10　DEBUG接口／通用串口电路37

2.3.11　RS-232转RS-485接口电路39

第3章　简单的Key_LED程序设计41

3.1 AT91SAM7S系列ARM处理器通用I/O口的特点与连接41

3.2　HelloWorld程序42

3.2.1 建立一个简单的HelloWord程序42

3.2.2　HelloWorld源程序43

3.2.3　程序编译44

3.2.4　通过JTAG口烧写Flash45

3.2.5　通过USB接口及SAM-BA烧写Flash45

3.3 Key_LED程序47

3.4　深入分析Key_LED程序48

3.4.1　I/O口常用配置与操作函数48

3.4.2　常规系统参数设置55

3.4.3　系统启动初始化程序56

3.4.4　AT91SAM7S64的系统参数及系统函数56

3.5　GCC项目编译57

3.5.1　make常用命令57

3.5.2　makefile文件58

3.5.3　Key_LED项目中的makefile文件62

3.6　WinARM介绍65

3.6.1　WinARM介绍65

3.6.2　WinARM提供的常用工具66

第4章 Debug接口及USART通用串口通信67

4.1 Debug口概述67

4.2　Debug口编程68

4.2.1 Debug口初始化68

4.2.2　Debug口发送数据71

4.2.3　Debug口中断响应73

4.2.4　软件复位的实现75

4.2.5　Debug口程序代码76

4.3　通用串口基础79

4.4　通用串口编程81

4.4.1　通用串口初始化81

4.4.2　通用串口发送数据82

4.4.3　通用串口中断响应83

4.4.4　通用串口读取接收数据84

第5章　中断处理及ADC数模转换85

5.1 AT91SAM7S中断基础85

5.1.1　AT91SAM7S中断处理内部结构85

5.1.2　AT91SAM7S中断处理过程86

5.2　外部中断86

5.2.1　中断初始化86

5.2.2 中断处理92

5.3　AT91SAM7S ADC概要94

5.4　ADC初始化95

5.5　ADC数据读取102

5.6　ADC应用实例104

第6章 USB及TWI两线接口108

6.1 AT91SAM7S USB接口概要108

6.1.1　USB接口标准108

6.1.2　AT91SAM7S USB接口111

6.2　USB接口初始化112

6.2.1 打开USB驱动112

6.2.2 CDC结构的成员函数113

6.3　USB数据收发115

6.3.1　USB数据的接收示例115

6.3.2　USB数据的发送示例115

6.4　PC端USB接口程序117

6.4.1　关于INF文件117

6.4.2　USB转串口驱动安装文件118

6.5　TWI两线接口介绍119

6.6　TWI初始化120

6.6.1　TWI初始化函数120

6.6.2　TWI读数据函数123

6.6.3　TWI写数据函数124

6.7　TWI应用示例125

第7章　定时器及PWM脉宽调制127

7.1 AT91SAM7S定时器概要127

7.1.1　实时定时器127

7.1.2　定时器／计数器128

7.2　定时器初始化128

7.2.1　定时器初始化128

7.2.2　定时器的打开132

7.3　定时器中断响应132

7.4　频率测量133

7.5　看门狗定时器134

7.5.1　看门狗定时器介绍134

7.5.2　看门狗定时器初始化134

7.5.3　看门狗定时器的喂狗136

7.5.4　看门狗定时器库函数137

7.6　PWM脉宽调制介绍138

7.6.1 AT91SAM7S脉宽调制介绍138

7.6.2　外设A与外设B的设置及PWM输出138

7.6.3　PWM初始化140

7.6.4　PWM输出141

第8章 WinARM C＋＋程序设计142

8.1　C＋＋的特点142

8.1.1　C＋＋介绍142

8.1.2　兼容C语言142

8.1.3　面向对象语言144

8.1.4　泛型编程语言145

8.1.5　STL编程145

8.2 WinARM中对C＋＋的支持147

8.2.1　WinARM中的C＋＋编译器147

8.2.2 在C＋＋程序中调用C函数147

8.3　WinARM C＋＋程序实例148

第二部分　FPGA嵌入式设计152

第9章 FPGA硬件设计152

9.1 Cyclone系列FPGA器件的特点152

9.1.1　Cyclone系列FPGA器件简介152

9.1.2　Cyclone器件的特点153

9.1.3　Cyclone Ⅱ器件介绍154

9.1.4　Cyclone Ⅲ器件介绍156

9.1.5　Altera串行配置器件简介157

9.2　EP1C3 FPGA硬件设计157

9.2.1 EP1C3引脚图158

9.2.2　稳压电源设计159

9.2.3 JTAG接口160

9.2.4　Byteblaster Ⅱ下载线161

9.2.5　复位电路163

9.3　Quartus II开发平台应用165

9.3.1 安装Quartus II166

9.3.2　Quartus II的基本应用167

9.4　简单的LED测试程序170

第10章 FPGA Verilog HDL编程基础172

10.1　Verilog HDL简介172

10.1.1 Verilog HDL历史172

10.1.2　Verilog HDL的特点172

10.2　Verilog HDL模块173

10.2.1 模块173

10.2.2　区块174

10.2.3　空白与注解175

10.3　Verilog HDL输入／输出端口175

10.4　Verilog HDL变量176

10.4.1　变量的声明176

10.4.2　数字格式177

10.5　Verilog HDL数据类型177

10.5.1　线网类型178

10.5.2　寄存器类型178

10.5.3　整数与实数类型179

10.5.4　标量和向量类型179

10.5.5　时间类型180

10.5.6　参数类型180

10.5.7　数组的表示方法180

10.5.8　存储器的表示方法181

10.5.9　字符串的表示方法181

10.6　运算符181

10.6.1　逻辑运算符181

10.6.2　算术运算符182

10.6.3　关系运算符182

10.6.4　相等运算符182

10.6.5　按位运算符183

10.6.6　缩减运算符183

10.6.7　移位运算符184

10.6.8　拼接运算符184

10.6.9　条件运算184

10.7　always过程184

10.7.1　always过程185

10.7.2　触发方式185

10.7.3　事件及敏感信号列表186

10.8　赋值187

10.8.1　持续赋值187

10.8.2　阻塞式赋值188

10.8.3　非阻塞式语句188

10.9　行为描述190

10.9.1　if条件语句190

10.9.2　case多路选择语句190

10.9.3　if语句与case语句的比较190

10.9.4　循环语句190

10.10　Verilog HDL任务及函数定义191

10.10.1 函数191

10.10.2　任务192

10.10.3　函数与任务间的比较193

10.11　编译预处理193

10.11.1　文件包含命令193

10.11.2　条件编译193

10.11.3　文件输出／输入194

10.11.4　时延精度预处理194

10.12　设计风格195

10.12.1　锁存器的使用195

10.12.2　避免产生锁存器195

10.12.3　设计时注意事项195

第11章 FPGA Verilog HDL编程实例197

11.1　3-8译码器197

11.2　十字路口红绿灯控制电路设计200

11.3　LED数码显示201

11.4　扫频电路设计203

11.5　频率测量电路设计204

11.6　简易软件CPU的实现205

第12章 FPGA SOPC嵌入式系统开发基础214

12.1　SOP嵌入式系统214

12.1.1　SOPC嵌入式系统简介214

12.1.2　SOPC嵌入式系统类型214

12.2　Nios II软CPU核215

12.2.1 Nios II软CPU核简介215

12.2.2　Nios II软CPU核的结构215

12.2.3　三种类型的Nios II内核216

12.3　SOPC开发流程218

12.4　Nios II开发实例218

12.4.1　安装开发软件219

12.4.2　建立新项目219

12.4.3　Nios II CPU配置220

12.4.4　存储器与端口配置224

12.4.5　Nios II内核配置226

12.4.6　在QuartusII中使用Nios II处理器228

12.4.7　在Nios II IDE中编写应用程序230

12.4.8　返回QuartusII中重新编译234

第三部分 ARM与FPGA综合设计在工业控制中的应用第13章　ARM与FPGA综合设计236

13.1 ARM与FPGA综合设计思路236

13.2　ARM与FPGA的比较237

13.3　ARM与FPGA综合设计实例238

13.3.1　ARM与FPGA综合设计的优点238

13.3.2　常用的ARM与FPGA综合设计的功能划分238

13.3.3　ARM与FPGA通信方式239

13.4　Verilog HDL通用串口程序240

13.4.1　UART数据发送程序240

13.4.2　UART数据接收程序242

13.5　ARM与FPGA综合设计简单实例244

第14章　ARM与上位机的通信249

14.1　ARM与上位机的连接方式249

14.2　简单通信协议的设计249

14.3　基于GCC的上位机串口通信程序设计250

14.3.1　SmartWin＋＋介绍250

14.3.2　在Obtain_Studio平台上建立SmartWin＋＋项目251

14.3.3　GCC下的串口通信类251

14.3.4　打开串口通信252

14.3.5　修改或获取串口参数252

14.3.6 串口的读／写254

14.3.7　CSerial类代码254

14.3.8　SmartWin＋＋串口通信程序258

14.3.9　编译与运行SmartWin＋＋串口通信程序262

14.4　基于VC＋＋的上位机串口通信程序设计263

14.5　Obtain_AutoControl测控组态软件应用270

14.5.1　Obtain_AutoControl软件简介270

14.5.2　Obtain_AutoControl用法271

14.5.3　Obtain_AutoControl应用实例273

第15章　ARM与短信模块的接口与应用277

15.1　短信模块介绍277

15.2　与短信收发相关的AT命令277

15.3　短信模块的初始化281

15.3.1　一个短信数据收发桥的设计281

15.3.2　短信模块的初始化281

15.4　短信的发送283

15.5　短信的接收与处理285

15.5.1　短信数据接收286

15.5.2　短信数据处理287

15.6　GPRS模块介绍293

15.7　ARM与GPRS模块的连接295

15.8　GPRS通信的服务软件设计297

15.8.1　建立CFormView视图类单文档项目297

15.8.2　编写服务器Socket类和客户Socket类298

第16章　ARM在变频器控制中的应用315

16.1　变频器原理315

16.1.1　变频器介绍315

16.1.2　变频调速原理315

16.1.3　变频器系统结构316

16.2　富士PllS系列变频器远程控制的数据格式317

16.3　变频器指令的发送321

16.3.1 固定参数的变频器指令的发送321

16.3.2　需要传递参数的变频器指令的发送322

16.4　变频器返回数据的接收326

16.4.1 接收数据326

16.4.2　变频器返回数据的处理327

第17章　ARM与FPGA综合设计在自动供水系统中的应用331

17.1 基于嵌入式的水处理自动监控系统方案设计331

17.1.1　系统结构图332

17.1.2　PC主控制软件334

17.1.3　微处理器模块334

17.1.4　测量模块334

17.1.5　控制模块336

17.1.6 中央模拟屏338

17.1.7　通信模块339

17.2　简易通信协议的设计与实现340

17.2.1　简易通信协议的设计340

17.2.2　简易通信协议的实现343

第18章　ARM与FPGA综合设计在真空干燥系统中的应用350

18.1　真空干燥系统的结构350

18.2　温度与真空度控制模型351

18.2.1　恒温或按某预定温度曲线的控制模型351

18.2.2　恒真空度或按某预定真空度曲线的控制模型352

18.2.3　人工神经网络的选择352

18.2.4　由ARM与FPGA构成的嵌入式微处理器模块353

18.2.5　测控软件设计354

18.3　温度与真空度变化曲线的测量355

18.3.1　量程控制的设计355

18.3.2　利用FPGA内存模块存储数据364

18.3.3　数据的实时采集368

参考文献380