嵌入式系統設計 — 基於 Cortex-M 處理器與 RTOS 構建

《嵌入式系統設計——基於Cortex-M 處理器與RTOS 構建》系統地介紹了基於ARM Cortex體系的嵌入式系統設計，將單片機技術、RTOS概念、傳感器應用、編程技巧和實用方法與實際工程開發技術在STM32F407硬件平臺上很好地結合起來，使讀者通過本書的學習能迅速瞭解並掌握基於STM32的嵌入式系統設計方法和工程開發實用技術，為後續的深入學習和發展打下堅實的理論與實踐基礎。作者依據學習和實驗操作的規律與要求，並以提高學生的實際工程設計能力和自主創新能力為目的，合理編排全書內容。全書從內容上可分為8 個部分：ARM Cortex體系概述、硬件平臺介紹、工具軟件介紹及使用方法、RTOS介紹、常見工程技術應用、文件系統應用、低功耗設計應用以及綜合實踐。每章節安排了相應的實驗內容和擴展練習題。

目 錄

第1 章 基於Cortex-M 的嵌入式系統概述 1

1.1 嵌入式系統基本概念  1

1.1.1 嵌入式系統的構成要素  1

1.1.2 嵌入式系統的主要特點  3

1.2 ARM Cortex 系列體系結構  4

1.2.1 嵌入式處理器分類  4

1.2.2 嵌入式處理器內核Cortex 系列分類  5

1.3 ARM Cortex-M 各系列特點 5

1.4 STM32F407 結構簡介  7

1.5 實時操作系統RTOS 簡介  7

1.6 嵌入式系統在物聯網中的發展  9

習題  9

第2 章 Cortex-M 嵌入式硬件平臺 11

2.1 硬件平臺簡介  11

2.2 主要器件  12

2.3 主要功能模塊  13

習題  16

第3 章 嵌入式開發工具與設計流程 17

3.1 STM32 開發工具 . 17

3.2 ARM Keil MDK 工具  18

3.3 STM32CubeMX 使用方法  22

3.3.1 STM32Cube 簡介  22

3.3.2 STM32CubeMX 軟件安裝  23

3.4 基於HAL 庫的程序設計流程  25

3.4.1 STM32 HAL 介紹  25

3.4.2 CubeMX 工程創建流程 28

3.5 第一個LED 點燈程序  30

實驗1 按鍵掃描與流水燈設計  39

習題  40

第4 章 FreeRTOS 操作系統 41

4.1 FreeRTOS 系統簡介  41

4.2 FreeRTOS 系統移植  42

4.3 多任務系統基本概念  45

4.3.1 任務及任務管理  45

4.3.2 優先級  48

4.3.3 消息隊列  49

4.3.4 信號量  51

4.3.5 互斥量  54

4.3.6 事件  56

4.3.7 任務通知  58

4.3.8 內存管理  60

4.4 創建第一個RTOS 工程  63

4.4.1 CubeMX 工程配置  63

4.4.2 導出MDK 工程  66

4.4.3 編寫功能代碼 . 69

實驗2 多任務鍵盤與流水燈實驗  72

習題  72

第5 章 簡單外設應用 74

5.1 數碼管應用  74

5.2 按鍵與外部中斷  78

5.3 麥克風與ADC 應用  81

5.3.1 添加串口打印輸出  81

5.3.2 ADC 模塊介紹  83

5.3.3 麥克風AD 採樣示例  85

5.4 單總線溫度傳感器應用  89

5.5 IIC 接口陀螺儀傳感器應用  92

實驗3 聲控延時亮燈實驗  95

實驗4 溫度報警與傾角監測實驗  96

習題  96

第6 章 串口通信應用 98

6.1 學習板虛擬串口概述  98

6.2 輪詢接收方式串口通信  102

6.3 中斷接收方式串口通信  104

6.3.1 串口接收中斷示例  104

6.3.2 DMA 空閑中斷示例  106

6.3.3 流水燈串口通信應用  107

6.4 使用SWO 調試 110

實驗5 簡單串口通信實驗  112

實驗6 數據採集與串口通信實驗  112

習題  113

第7 章 無線通信應用  114

7.1 藍牙HC05 通信模塊介紹  114

7.1.1 HC05 藍牙模塊用法介紹 115

7.1.2 HC05 藍牙模塊AT 指令介紹  115

7.2 藍牙通信實踐  117

7.3 ESP8266WIFI 通信模塊介紹  122

7.3.1 ESP01 模塊用法介紹  123

7.3.2 ESP01 模塊AT 指令介紹  123

7.4 WIFI 通信實踐  125

7.5 物聯網連接應用實踐  130

7.5.1 創建OneNET 平臺設備  131

7.5.2 連接OneNET 平臺  134

實驗7 藍牙手機遙控實驗  139

實驗8 數據採集及WIFI 通信實驗  139

習題  140

第8 章 GUI 顯示應用  141

8.1 OLED 應用介紹  141

8.1.1 單色IIC 接口OLED 介紹  141

8.1.2 OLED 顯示屏驅動程序介紹  142

8.1.3 GUISlim 圖形庫介紹  143

8.1.4 漢字點陣文件介紹  144

8.2 OLED 應用實踐  148

8.3 MCU 接口LCD 介紹  152

8.4 LCD 應用實踐  154

8.4.1 emWin 圖形庫介紹  154

8.4.2 FSMC 總線配置 154

8.4.3 LCD 屏驅動移植接口  157

8.4.4 GUI 應用設計  163

實驗9 OLED 顯示屏數據曲線繪制實驗  169

實驗10 LCD 液晶屏GUI 設計實驗  169

習題  170

第9 章 定時器應用 . 171

9.1 STM32F4 定時器介紹  171

9.1.1 常規定時器  171

9.1.2 HAL 庫定時器應用方法  172

9.1.3 定時器基本概念介紹  174

9.2 定時器基本功能應用  174

9.3 PWM 輸出應用  179

9.4 信號捕捉應用  182

9.5 外部脈沖計數應用  187

實驗11 簡易鬧鈴設計實驗  191

實驗12 呼吸燈設計實驗  191

實驗13 簡易頻率計設計實驗  191

實驗14 簡單錄音機設計實驗  192

習題  192

第10 章 RTC 與低功耗應用  194

10.1 RTC 實時時鐘應用  194

10.2 STM32 低功耗模式介紹  200

10.3 STM32 低功耗應用 . 201

實驗15 基於RTC 的電子鐘設計  206

實驗16 低功耗待機與喚醒實驗  207

習題  207

第11 章 FatFs 文件系統應用  208

11.1 FatFs 介紹  208

11.2 SPI FLASH 應用實踐  212

11.2.1 添加配置SPI 外設  212

11.2.2 添加SPI FLASH 驅動  214

11.2.3 SPI FLASH 直接讀寫操作實踐  215

11.2.4 SPI FLASH 文件讀寫操作實踐  218

11.3 SD 卡應用實踐  222

11.3.1 添加配置SDIO 外設  222

11.3.2 SD 卡文件讀寫操作實踐  224

11.4 U 盤掛載應用實踐  226

11.4.1 添加配置USB Host 組件  227

11.4.2 U 盤文件讀寫操作實踐  228

實驗17 數據存儲實驗  230

實驗18 文件傳輸實驗  231

習題  231

第12 章 STM32 IAP 程序設計  233

12.1 STM32 IAP 概念介紹  233

12.2 STM32 內部FLASH 介紹  234

12.3 STM32 內部FLASH 讀寫實踐  235

12.4 程序跳轉應用實踐  238

12.5 IAP 程序設計實踐  245

實驗19 串口IAP 設計實驗  253

實驗20 U 盤IAP 設計實驗  253

習題  254

第13 章 鴻蒙嵌入式系統移植  255

13.1 OpenHarmony 介紹  255

13.1.1 LiteOS-M 內核簡介  255

13.1.2 開發環境配置  256

13.2 OpenHarmony 系統移植  261

13.2.1 創建裸機工程  261

13.2.2 系統編譯構建移植  263

13.2.3 系統啟動過程適配  275

13.2.4 編譯及燒錄  277

13.3 OpenHarmony 應用開發示例  280

13.3.1 hello world 示例  280

13.3.2 流水燈示例  281

實驗21 OpenHarmony 系統移植實驗  283

習題  284

參考文獻  285