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第1章 微型计算机系统的基础知识1

1.1 计算机的运算基础1

1.1.1 计算机中数值信息的表示与运算2

1.1.2 计算机中字符信息的表示与运算8

1.1.3 计算机中逻辑信息的表示与运算11

1.2 微型计算机系统概述12

1.2.1 微型计算机系统的组成13

1.2.2 微机系统基本结构13

1.2.3 计算机系统的层次结构14

1.2.4 微型计算机的分支18

1.3 微型计算机的硬件系统21

1.3.1 微机系统的硬件组成21

1.3.2 微机的主要组件21

1.4 微型计算机的软件系统23

1.4.1 计算机语言和语言处理程序24

1.4.2 软件的分类25

1.4.3 操作系统的概念26

1.5 计算机的发展28

1.5.1 微型计算机的特点与分类31

1.5.2 嵌入式计算机系统的发展32

第2章 计算机的基本结构和工作原理36

2.1 计算机的体系结构36

2.1.1 冯·诺伊曼结构36

2.1.2 基于总线的冯·诺伊曼模型机39

2.1.3 模型机的指令集与工作过程44

2.1.4 哈佛结构47

2.1.5 冯·诺伊曼结构的改进48

2.2 精简指令集计算机与复杂指令集计算机52

2.2.1 指令集结构设计及优化52

2.2.2 RISC和CISC53

2.3 计算机的并行技术54

2.3.1 计算机并行技术54

2.3.2 多机系统与多核系统、多线程技术55

2.4 指令流水线技术58

2.4.1 流水线技术的特点61

2.4.2 流水线的操作过程62

2.4.3 流水线技术的局限性64

2.4.4 指令流水线设计65

2.5 计算机系统的性能测评70

2.5.1 计算机的字长70

2.5.2 访存空间与存储容量70

2.5.3 运算速度71

第3章 ARM微处理器74

3.1 微处理器的指标74

3.2 ARM技术概论77

3.2.1 ARM技术的发展及应用77

3.2.2 ARM处理器架构78

3.2.3 ARM处理器的指令集80

3.3 STM32系列微处理器82

3.3.1 STM32系列微处理器的系统结构82

3.3.2 STM32系列微处理器命名85

3.3.3 STM32微处理器实例87

3.4 STM32微处理器的内部资源简介90

3.4.1 STM32的电源、时钟及复位91

3.4.2 STM32的存储器映射93

3.5 STM32微处理器的内核型号Cortex-M397

3.5.1 Cortex-M3内核97

3.5.2 Cortex-M3的存储器组织99

3.5.3 Cortex-M3存储系统的位段操作100

第4章 STM32微处理器104

4.1 STM32处理器内核结构104

4.1.1 Cortex-M3内核的功能模块104

4.1.2 Cortex-M3处理器内核的特点105

4.2 STM32处理器编程模型108

4.2.1 工作模式108

4.2.2 工作状态108

4.2.3 特权等级109

4.3 寄存器110

4.3.1 Cortex-M3中的寄存器110

4.3.2 寄存器分类与功能111

4.4 异常与中断114

4.4.1 系统异常类型和外部中断类型114

4.4.2 异常向量表116

4.4.3 优先级定义116

4.5 存储器与堆栈117

4.5.1 数据类型117

4.5.2 存储格式117

4.5.3 按字对齐与按半字对齐117

4.5.4 堆栈118

4.6 复位120

4.6.1 复位的分类120

4.6.2 Cortex-M3处理器复位流程120

4.7 STM32的最小系统121

第5章 Cortex-M3指令系统124

5.1 Cortex-M3指令结构124

5.1.1 Cortex-M3指令的格式124

5.1.2 指令的条件码125

5.1.3 指令的第二源操作数125

5.1.4 指令宽度选择127

5.2 ARM基本寻址方式127

5.3 Cortex-M3指令集131

5.3.1 数据处理指令131

5.3.2 跳转指令140

5.3.3 特殊寄存器访问指令141

5.3.4 存储器访问指令142

第6章 汇编程序设计151

6.1 汇编语言与汇编器151

6.2 汇编语言程序规范152

6.2.1 汇编语言程序结构152

6.2.2 语句的构成与规范152

6.2.3 汇编语言程序中常用的符号153

6.2.4 表达式和运算符154

6.3 伪指令及应用156

6.3.1 符号定义伪指令157

6.3.2 数据定义伪指令158

6.3.3 汇编控制伪指令161

6.3.4 其他常用的伪指令162

6.4 宏指令及应用165

6.5 汇编语言程序设计166

6.5.1 汇编语言的程序结构166

6.5.2 顺序结构程序设计167

6.5.3 分支结构程序设计169

6.5.4 循环结构程序设计174

6.5.5 子程序调用177

6.6 STM32编程178

6.6.1 工程开发常用的集成开发环境179

6.6.2 软件接口标准CMSIS181

6.6.3 汇编语言程序与CC+++语言程序之间的调用182

第7章 存储器及其接口技术189

7.1 存储器分类189

7.1.1 按存储介质分类189

7.1.2 按数据存取顺序分类190

7.1.3 按存储原理分类191

7.2 存储器主要性能指标196

7.3 计算机的层次化存储技术197

7.3.1 存储系统的分层结构197

7.3.2 高速缓存198

7.3.3 虚拟存储器203

7.3.4 存储器时序205

7.4 存储芯片的扩展技术206

7.4.1 位扩展207

7.4.2 字扩展207

7.4.3 字位扩展208

7.5 存储器接口技术208

7.5.1 存储器接口中的片选控制209

7.5.2 存储器接口分析与设计举例212

7.5.3 多字节存储器接口214

7.5.4 STM32存储器扩展技术215

7.6 存储器发展趋势217

7.7 存储器系统设计的基本原则218

第8章 输入／输出接口222

8.1 接口的基本概念222

8.1.1 接口的结构与功能222

8.1.2 端口的编址方式223

8.1.3 接口的地址译码方式224

8.2 接口信息传输方式224

8.2.1 程序控制方式225

8.2.2 中断传输方式226

8.2.3 直接存储器访问方式227

8.2.4 通道方式229

8.3 LED显示接口230

8.4 键盘接口232

8.4.1 非编码式键盘接口233

8.4.2 编码式键盘接口234

8.5 通用并行接口235

8.5.1 SCSI接口235

8.5.2 IEEE 488接口236

8.6 通用串行接口237

8.6.1 串行通信工作方式238

8.6.2 串行通信的数据校验240

8.6.3 串行外围设备接口SPI241

8.6.4 通用同步异步收发传输器USART243

8.7 嵌入式通用输入／输出接口GPIO250

8.7.1 GPIO的功能描述250

8.7.2 GPIO的工作模式251

8.7.3 复用功能（AFIO）配置253

8.8 应用实例255

8.8.1 USART应用实例255

8.8.2 GPIO应用实例257

第9章 总线260

9.1 总线的概念260

9.1.1 总线分类260

9.1.2 总线性能指标262

9.2 总线仲裁263

9.2.1 集中式仲裁263

9.2.2 分布式仲裁265

9.3 总线时序和数据传输方式265

9.3.1 总线时序265

9.3.2 同步传输266

9.3.3 异步传输266

9.3.4 半同步传输267

9.4 串行总线267

9.4.1 I2C总线267

9.4.2 USB总线273

9.4.3 IEEE1394总线276

9.4.4 SATA总线278

9.4.5 PCI Express总线278

9.5 并行总线278

9.5.1 ISA总线278

9.5.2 PCI总线278

9.5.3 AGP总线280

9.6 嵌入式系统总线281

9.6.1 AHB总线281

9.6.2 ASB总线283

9.6.3 APB总线283

第10章 中断系统285

10.1 中断系统基本概念285

10.2 中断分类286

10.3 中断优先级和中断嵌套287

10.3.1 中断优先级287

10.3.2 中断嵌套289

10.4 中断处理过程290

10.5 嵌入式中断系统291

10.5.1 ARM STM32控制器的中断概念291

10.5.2 系统故障294

10.5.3 嵌套向量中断控制器NVIC297

10.5.4 外部中断事件控制器EXTI301

10.5.5 中断响应过程302

10.6 外部中断应用实例303

第11章 ARM嵌入式计算机系统设计308

11.1 嵌入式计算机系统及其设计方法308

11.1.1 嵌入式系统308

11.1.2 嵌入式系统项目开发方法313

11.1.3 嵌入式系统设计流程316

11.1.4 基于ARM处理器的嵌入式系统319

11.2 嵌入式系统的硬件系统设计321

11.2.1 嵌入式微处理器的选型322

11.2.2 处理器最小系统324

11.2.3 电源模块324

11.2.4 时钟模块325

11.2.5 人机交互模块325

11.2.6 通信接口327

11.3 嵌入式系统的软件系统设计328

11.3.1 嵌入式软件的系统结构329

11.3.2 嵌入式软件系统工作流程331

11.3.3 嵌入式系统软件的引导和加载332

11.3.4 嵌入式操作系统LINUX移植333

11.4 嵌入式系统的测试335

11.4.1 手工测试335

11.4.2 自动化测试336

11.4.3 功能测试和性能测试337

11.4.4 黑白盒测试338

11.5 基于STM32处理器的嵌入式计算机实例338

11.5.1 检测系统原理339

11.5.2 硬件系统339

11.5.3 软件系统343

11.5.4 检测过程344

附录A ASCII码346

附录B Cortex-M3指令347

附录C 常用寄存器描述351

附录D STM32F103××引脚定义374

附录E 缩写和封装381

参考文献384