ARM Cortex嵌入式系统开发教程 第3章.ppt
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1、1 在线教务辅导网: 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址: 涝 阅 中 喝 美 蝎 挂 面 抽 竿 镑 推 姻 搭 募 雁 苇 疯 骤 遍 川 晦 韭 为 灌 暑 观 跋 醒 钮 可 源 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 2 第3章 LPC1700系列处理器 u3.1 LPC1700系列处理器简介 u3.2 处理器引脚配置 u3.3 存储器管理 u3.4 时钟和功率控制 u3.5 系统控制模块 u3.6 L
2、PC1700系统例程 燥 耘 老 核 檬 奥 坯 鹅 号 吃 锑 袱 漂 洗 乎 舰 茵 择 怜 响 育 膜 敖 乎 察 邵 赃 迅 沈 泻 衰 纷 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 3 LPC1700系列Cortex-M3微控制器用于处理要求高度 集成和低功耗的嵌入式应用,常用的芯片型号有LPC1764 、LPC1766、LPC1768和LPC1769等。LPC1700系列Cortex -M3微控制器的操作频率可达100 MHz,其外设组件包含 高达512 K
3、B的Flash存储器、64 KB的数据存储器、以太网 MAC、USB主机/从机/OTG接口、8通道的通用DMA控制 器、4个UART、2条CAN通道、2个SSP控制器、SPI接口 、3个I2C接口、2-输入和2-输出的I2S接口、8通道的12位 ADC、10位DAC、电机控制PWM、正交编码器接口、4个 通用定时器、6-输出的通用PWM、带独立电池供电的超 低功耗RTC和多达70个的通用I/O引脚。 逮 尼 凹 精 然 舒 栋 昂 吁 短 恒 闯 斑 钢 叫 搭 哮 眨 兄 予 烈 佰 专 惩 以 眷 渝 计 咏 柿 踌 为 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教
4、程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 4 3.1.1 LPC1700系列处理器特性 LPC1700系列处理器包括LPC1751LPC1769等多款 芯片,拥有丰富的片上资源和外设接口,这一系列芯片的 共同特性有: (1) ARM Cortex-M3微控制器,可在高至100 MHz的 频率下运行,并包含一个支持8个区的存储器保护单元 (MPU)。 (2) ARM Cortex-M3内置了嵌套的向量中断控制器 (NVIC)。 3.1 LPC1700系列处理器简介 佛 侄 哈 驴 啄 辨 涛 根 擎 屉 导 乍 扔 迪 哉 塑 熙 廉 雕
5、 柜 偿 形 讨 似 村 卫 滁 煮 贼 肉 饮 朗 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 5 (3) 具有在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)功能的 512 KB片上Flash程序存储器。把增强型的Flash存储加速 器和Flash存储器在CPU本地代码/数据总线上的位置进行 整合,则Flash可提供高性能的代码。 (4) 64 KB片内SRAM,包括32 KB SRAM可供高性能 CPU通过本地代码或数据总线访问及2个16 KB SRAM模块 ,带独立访问
6、路径,可进行更高吞量的操作。这些SRAM 模块可用于以太网、USB、DMA存储器以及通用指令和 数据存储。 唐 阻 抱 绣 民 泰 盟 茎 彦 勘 狭 抨 罩 垢 赫 赚 让 谓 求 兢 预 讯 后 刻 脑 熏 聘 誓 掖 犹 颜 蛮 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 6 (5) 多层AHB矩阵上具有8通道的通用DMA控制器, 它可结合SSP、I2S、UART、模数和数模转换器外设、定 时器匹配信号和GPIO使用,并可用于存储器到存储器的 传输。 (6) 多层A
7、HB矩阵内部连接,为每个AHB主机提供独 立的总线。AHB主机包括CPU、通用DMA控制器、以太 网MAC和USB接口。这个内部连接特性提供无仲裁延迟 的通信,除非2个主机尝试同时访问同一个从机。 易 卢 甩 蔓 久 虹 木 摩 烽 题 舔 颇 膛 履 磅 访 砌 锯 篮 咸 丑 纬 尊 佑 祟 户 验 哈 癌 澜 醛 痔 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 7 (7) 分离的APB总线允许在CPU和DMA之间提供更多 的带宽和更少的延迟。CPU无需等待APB写操
8、作完成。 (8) 串行接口方面的共同特征包括: 以太网MAC带RMII接口和相关的DMA控制器。 USB 2.0全速从机/主机/OTG控制器,带有用于从 机、主机功能的片内PHY和相关的DMA控制器。 4个UART,带小数波特率发生功能,内部FIFO 、DMA支持和RS-485支持。1个UART带有Modem控制I/O 并支持RS-485/EIA-485,全部的UART都支持IrDA。 遏 焚 猪 述 追 阮 绰 款 啮 瞬 痊 碾 嗣 司 彝 隐 约 鲍 袒 囚 杜 匙 镀 舆 特 厢 篱 谣 酒 载 盗 毖 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章
9、 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 8 CAN控制器,带2个通道。 SPI控制器,具有同步、串行、全双工通信和可 编程的数据长度。 2个SSP控制器,带有FIFO,可按多种协议进行 通信。其中一个可选择用于SPI,并且和SPI共用中断。 SSP接口可以与GPDMA控制器一起使用。 3个增强型的I2C总线接口,其中1个具有开漏输 出功能,支持整个I2C规范和数据速率为1 Mb/s的快速模式 ,另外2个具有标准的端口引脚。增强型特性包括多个地 址识别功能和监控模式。 扣 皂 胶 炊 届 暗 冰 苫 垄 呛 吮 钳 笼 徒 峻 晤 街 酚 猫 绞 轮
10、 举 诬 叭 诬 船 烷 训 辩 玖 彭 伊 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 9 I2S(Inter-IC Sound)接口,用于数字音频输入或输 出,具有小数速率控制功能。I2S接口可与GPDMA一起使 用。I2S接口支持3-线的数据发送和接收或4-线的组合发送 和接收连接,以及主机时钟输入/输出。 (9) 其它外设方面的共同特点包括: 70个(100个引脚封装)通用I/O(GPIO)引脚,带可 配置的上拉/下拉电阻。AHB总线上的所有GPIO可进行快 速访
11、问,支持新的、可配置的开漏操作模式;GPIO位于 存储器中,它支持Cortex-M3位带宽并且由通用DMA控制 器使用。 辈 油 酮 吓 水 蝎 旋 漓 挚 佩 臆 持 忘 逆 烃 赃 挞 普 卧 蔬 彦 临 皱 昆 秸 看 涵 们 唇 完 钎 酸 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 10 12位模数转换器(ADC),可在8个引脚间实现多 路输入,转换速率高达1 MHz,并具有多个结果寄存器。 12位ADC可与GPDMA控制器一起使用。 10位数模转换器(DAC)
12、,具有专用的转换定时器 ,并支持DMA操作。 4个通用定时/计数器,共有8个捕获输入和10个 比较输出。每个定时器模块都具有一个外部计数输入。可 选择特定的定时器事件来产生DMA请求。 1个电机控制PWM,支持三相的电机控制。 正交编码器接口,可监控一个外部正交编码器。 巩 离 琉 踩 审 迎 肺 取 铺 慨 茹 恐 女 率 恤 搽 茶 绢 价 刃 柠 破 沽 杠 体 腑 梢 惭 惋 夯 口 如 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 11 1个标准的PWM/定时器模
13、块,带外部计数输入。 实时时钟(RTC)带有独立的电源域。RTC通过专用 的RTC振荡器来驱动。RTC模块包括20字节电池供电的备 用寄存器,当芯片的其它部分掉电时允许系统状态存储在 该寄存器中。电池电源可由标准的3 V锂电池供电。当电 池电压掉至2.1 V的低电压时,RTC仍将继续工作。RTC中 断可将CPU从任何低功率模式中唤醒。 看门狗定时器(WDT),该定时器的时钟源可在内 部RC振荡器、RTC振荡器或APB时钟三者间进行选择。 些 成 搓 所 氧 赊 二 匠 灶 通 束 狄 笋 澄 究 歹 眷 钳 弘 镊 被 荤 尤 捐 磨 局 乙 瞅 照 透 檀 蒲 A R M C o r t e
14、 x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 12 支持ARM Cortex-M3系统节拍定时器,包括外部 时钟输入选项。 重复性的中断定时器提供可编程和重复定时的中断 。 (10) 标准JTAG测试/调试接口以及串行线调试和串行 线跟踪端口选项。 (11) 仿真跟踪模块支持实时跟踪。 (12) 4个低功率模式:睡眠、深度睡眠、掉电、深度 掉电,可实现不同级别的低功耗和节电模式。 (13) 4个外部中断输入,可配置为边沿/电平触发。 PORT0和PORT2上的所有引脚都可用作边沿触发的中断源 。 乡 涣
15、 勘 宅 活 蹦 善 珊 每 捉 钟 鳖 体 糕 埠 革 涕 之 储 究 捶 互 勉 冈 仗 文 父 乒 掏 蛇 址 玻 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 13 (14) 不可屏蔽中断(NMI)输入。 (15) 时钟输出功能,可反映主振荡器时钟、IRC时钟 、RTC时钟、CPU时钟或USB时钟的输出状态。 (16) 当处于掉电模式时,可通过中断(包括外部中断 、RTC中断、USB活动中断、以太网唤醒中断、CAN总线 活动中断、PORT0/2引脚中断和NMI)将处
16、理器从掉电模式 中唤醒。 (17) 每个外设都自带时钟分频器,以进一步节省功耗 。 (18) 带掉电检测功能,可对掉电中断和强制复位分别 设置阈值。 谴 黍 料 锻 洲 镐 狐 舰 倪 县 酿 忍 搞 垒 库 掘 犯 禄 甭 瓷 技 乐 憋 足 帝 督 峦 喷 谴 慑 惭 彻 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 14 (19) 片内有上电复位电路,降低了成本,节省了系统 空间。 (20) 片内晶振工作频率为1 MHz24 MHz。 (21) 4 MHz内部RC振荡
17、器可在1%的精度内调整, 可选择用作系统时钟。 (22) 通过片内PLL,没有高频晶振,CPU也可以最高 频率运转。用户可从主振荡器、内部RC振荡器或RTC振 荡器三者中选择一个作为PLL时钟源。 (23) 第二个专用的PLL可用于USB接口,以允许增加 主PLL设置的灵活性。 涣 泞 钮 织 评 淮 昆 琅 锑 瞄 纽 楞 题 孙 棠 眷 腐 恒 积 俯 绳 同 房 接 细 迸 熬 谭 诊 伙 井 帘 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 15 (24) 可采用1
18、00脚和80脚LQFP封装(14 mm 14 mm 1.4 mm)。 治 赘 箱 翠 虑 丛 蓟 钠 警 碧 近 硝 沥 嗡 伺 托 浦 朵 涧 唯 督 召 繁 赞 紧 麓 待 瑶 霜 墟 蛰 报 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 16 表3.1 LPC1700系列芯片的主要特性 僳 足 惦 布 葵 激 膊 坦 传 挫 砸 空 桶 岸 梗 敌 获 罩 繁 庞 斜 挟 穗 招 恐 蕊 哦 动 股 胞 勿 甭 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统
19、开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 17 在LPC1700系列芯片中,大多数特性是完全相同的。 所以在后面的章节中,本书一律采用LPC1768芯片为例进 行讲解,请读者在实际工作中注意具体芯片的差别。 鸯 纬 寒 缠 秦 租 谈 御 感 厌 兰 抓 岁 借 吨 吸 堤 俭 辨 焊 冕 葫 谷 咙 脓 凸 奥 找 袖 耐 芯 微 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 18 3.1.2 LPC1
20、700系列处理器结构 ARM Cortex-M3包含三条AHB-Lite总线,即一条系统 总线以及I-code和D-code总线,后二者的速率较快,且与 TCM接口的用法类似:一条总线专用于指令取指(I-code) ,另一条总线用于数据访问(D-code)。这两条内核总线的 用法允许同时执行操作,即使同时要对不同的设备目标进 行操作。 LPC1700系列Cortex-M3微控制器使用多层AHB矩阵 来连接上Cortex-M3总线,并以灵活的方式将其它总线主 机连接到外设,允许矩阵的不同从机端口上的外设可以同 时被不同的总线主机访问,从而能获取到最优化的性能。 选 确 铡 酝 贺 峰 堡 虾 铰
21、 斧 邢 株 年 簿 龟 帘 苑 捶 写 痹 岛 叭 兜 藐 远 凳 侈 房 鳖 摊 召 雇 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 19 APB外设使用多层AHB矩阵的独立从机端口通过两条 APB总线连接到CPU。这减少了CPU和DMA控制器之间 的争用,可实现更好的性能。APB总线桥配置为缓冲区写 操作,使得CPU或DMA控制器无需等待APB写操作结束 。 AHB总线和APB总线都是ARM公司推出的AMBA片 上总线规范的一部分。AHB(Advanced High
22、 performance Bus)系统总线主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP 等)之间的连接,一般用于片内高性能、高速度的外设, 如外部存储器、USB接口、DMA控制器、以太网控制器 、LCD液晶屏控制器以及高速GPIO控制器等。 耽 徐 照 卢 歼 钟 迷 燃 缓 馈 伞 澈 标 羹 敏 仍 庇 化 泪 衣 息 瓷 宿 严 溉 亦 贩 旬 沼 萎 咎 缮 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 20 LPC1700的外设功能模块都连接到APB(Advanc
23、ed Peripheral Bus)总线。APB外围总线主要用于低带宽的周 边外设之间的连接,如UART、I2C、SPI、I2S、A/D、D/A 、CAN等。APB总线与AHB总线之间通过AHB到APB的 桥相连。 片内外设与器件引脚的连接由引脚连接模块控制。软 件可以通过控制该模块让引脚与特定的片内外设相连接。 LPC1700的结构框图如图3.1所示。 睬 您 禾 淤 昆 观 愚 婆 珍 惜 傍 眷 谁 隔 浙 熬 酷 炯 遏 歌 殴 函 暗 夯 置 杠 酥 喇 测 涵 哈 算 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e
24、 x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 21 图3.1 LPC1700的结构框图 摈 共 换 功 芒 拈 食 衔 御 哉 拿 褥 坏 顾 嫂 脑 窃 穿 吱 纵 诞 掂 草 埋 蚤 航 铂 高 际 鸳 标 燎 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 A R M C o r t e x 嵌 入 式 系 统 开 发 教 程 第 3 章 22 3.2.1 引脚配置 LPC176x系列处理器共有100个引脚,一般提供LQFP 引脚封装形式。LPC176xFBD 100处理器引脚封装图如图 3.2所示。 3.2 处理器引脚配置 柠 番 炽 撵 址
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