ARM Cortex-M0 全可编程SoC原理及实现——面向处理器、协议、外设、编程和操作系统_何宾_9787302457329

本书以ARM公司免费开放的CortexM0 DesignStart处理器 IP核为基础，以CortexM0处理器架构、AMBA规范、外设、汇编语言、C语言、CMSIS、驱动程序开发以及RTX操作系统为主线，详细介绍了通过Xilinx Vivado以及Keil Vision5集成开发环境构建CortexM0全可编程嵌入式系统的硬件和软件设计方法。全书共分18章，主要内容包括：全可编程SoC设计导论、CortexM0 CPU结构、CortexM0指令集、CortexM0低功耗特性、AHBLite总线结构分析、CortexM0汇编语言编程基础、CortexM0 DesignStart架构、Xilinx Artix7 FPGA结构、CortexM0嵌入式系统设计与实现、7段数码管控制器设计与实现、中断系统设计与实现、定时器设计与实现、UART串口控制器设计与实现、VGA控制器设计与实现、DDR3存储器系统设计与实现、CortexM0 C语言编程基础、CMSIS和驱动程序开发、RTX操作系统原理及应用。本书可作为讲授ARM CortexM0嵌入式系统课程以及CortexM0可编程SoC系统设计课程的教学参考用书，也可作为学习Xilinx Vivado集成开发环境和Verilog HDL语言的参考用书。

前言

在当今社会中，嵌入式系统的应用越来越广泛，例如以智能手机为代表的嵌入式系统应用已经融入人们的日常生活中。英国ARM公司作为全球知名的嵌入式处理器IP核供应商，其所提供的CortexM、CortexR和CortexA三大系列处理器IP核以及基于这些IP核所构建的生态系统，已经成为当今嵌入式系统设计和应用的基础。由于保护知识产权的需要，一直以来ARM公司对其处理器设计技术进行严格保密，这使得掌握Cortex处理器架构并熟练高效应用Cortex处理器变得异常困难。此外，ARM Cortex处理器架构和指令集也比较复杂。这些因素都使得一个嵌入式系统设计人员很难从处理器架构、接口、外设、编程语言和操作系统等方面全面彻底掌握嵌入式系统设计知识。近年来，国内很多高校都相继开设了嵌入式系统相关的课程。但是，由于前面所提到的诸多因素，在市面上已经出版的ARM嵌入式系统教材并没有全面系统地从处理器架构、AMBA规范、接口、外设、编程语言和操作系统等方面全方位系统地对设计嵌入式系统所需要的知识进行解读，这给ARM嵌入式系统技术在国内教育界的普及推广造成很大困难。目前，国内嵌入式系统课程的教学大都局限在APP开发，API函数调用的层面，与工业界对培养高素质嵌入式人才的要求有相当大的差距。去年，ARM公司做了一件让中国教育界非常高兴的事情，它提供了免费开放的CortexM0 DesignStart内核等效RTL级设计代码，可用于中国高校的嵌入式系统课程教学。通过ARM大学计划经理陈玮先生的帮助，本书作者得到了这个免费开放的CortexM0 DesignStart内核RTL级等效设计代码。通过这个免费开放的CortexM0 DesignStart IP核以及Xilinx的Vivado 2016.1集成开发环境，作者在Xilinx最新的7系列FPGA内构建了CortexM0嵌入式系统硬件，同时，通过Keil Vision5集成开发环境为该嵌入式系统硬件开发了软件应用程序。与传统采用专用CortexM处理器介绍嵌入式系统设计的教学模式相比，采用在FPGA内构建CortexM0嵌入式系统的方法可以为嵌入式系统课程的教学带来以下好处：（1）当采用开放的CortexM0内核构建嵌入式系统时，教师和学生可以清楚地理解CortexM0的运行机制，包括处理器架构、指令集、存储器空间映射和中断机制。（2）通过对AHBLite规范的详细介绍和说明，教师和学生可以清楚地知道在一个芯片内将CortexM0嵌入式处理器与外设模块和存储器系统连接的方法。（3）通过使用Verilog HDL对实现特定功能外设的寄存器传输级RTL描述，教师和学生可以清楚地理解软件寄存器与硬件逻辑行为之间的关系，也就是将软件命令转换成硬件逻辑行为的方法。（4）通过为所定制的CortexM0嵌入式系统硬件编写软件应用，教师和学生可以彻底理解和掌握软件和硬件协同设计、协同仿真和协同调试的方法。（5）基于开放的CortexM0 DesignStart IP核，教师和学生可以从硬件底层逐步完成嵌入式系统的构建，以深入理解和全面掌握嵌入式系统的设计流程。正是由于这种方法在未来嵌入式系统课程教学中有着无可比拟的巨大优势，使得作者可以从处理器架构、指令集、AHBLite规范、汇编语言、C语言、外设、CMSIS和驱动，以及操作系统等几个方面，全方位地对嵌入式系统的构建方法进行介绍，以期解决目前国内高校嵌入式系统课程教学所面临的困境，并且为学习更高层次的嵌入式系统设计和应用抛砖引玉。本书的最大特色就是将嵌入式系统的设计理论和实践深度融合，通过典型且完整的设计案例多角度全方位地解读嵌入式系统的设计方法。为了方便老师的教学和学生的自学，本书提供了教学课件和设计实例的完整代码，以及公开的视频教学资源，这些资源的获取方式详见书中的学习说明。本书的编写得到了ARM大学计划经理陈玮先生的大力支持和帮助，他为本书申请了免费开放的CortexM0 DesignStart IP核设计资源以及教学资源。此外，Xilinx公司的FAE对作者设计案例时遇到的问题进行了耐心细致的回答。作者的研究生李宝隆编写了本书第1章的内容，张艳辉编写了本书第2章的内容，作者的本科生汤宗美编写并整理了本书的配套教学课件，王中正对本书的部分设计案例进行了验证。此外，在本书编写期间，平凉职业技术学院的惠小军和唐海天老师进行了相关内容的学习，并帮助作者编写了第17章和第18章的内容。他们的支持和帮助是作者高质量按时完成该书的重要保证，在此一并向他们表示感谢。在本书出版的过程中，也得到了清华大学出版社各位编辑的帮助和指导，在此也表示深深的谢意。由于编者水平有限，编写时间仓促，书中难免有疏漏之处，敬请读者批评指正。作者2017年1月于北京

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