嵌入式Linux與物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)：ARM處理器開發(fā)自學(xué)教程

ARM那些你需要知道的事 01
1.1　ARM公司大事記 01
1.2　ARM公司的商業(yè)模式和生態(tài)系統(tǒng) 02
1.3　ARM處理器版本命名解析 03
1.3.1　如何描述ARM處理器的版本號 03
1.3.2　ARM處理器版本的發(fā)展歷程 04
1.4　CPU和SoC的區(qū)別及外圍設(shè)備的概念 05
1.4.1　CPU和SoC的區(qū)別 05
1.4.2　外圍設(shè)備 06
1.5　學(xué)習(xí)平臺的選擇 06
1.5.1　學(xué)習(xí)平臺的選擇要求 06
1.5.2　為什么選擇三星S5PV210 06
1.6　X210開發(fā)板介紹 07
1.7　基于單片機的嵌入式系統(tǒng)和基于復(fù)雜操作系統(tǒng)的
嵌入式系統(tǒng)的區(qū)別 07
1.7.1　芯片平臺對比 08
1.7.2　片上資源、價格、應(yīng)用領(lǐng)域上的對比 08
1.7.3　開發(fā)模式對比 08
1.7.4　技術(shù)特征對比 08
1.7.5　職業(yè)發(fā)展對比 09
1.8　嵌入式開發(fā)學(xué)習(xí)和編程語言、英語水平等的
關(guān)系 09
1.8.1　嵌入式開發(fā)學(xué)習(xí)和編程語言的關(guān)系 09
1.8.2　嵌入式開發(fā)學(xué)習(xí)和英語水平的關(guān)系 09
1.8.3　嵌入式開發(fā)學(xué)習(xí)和數(shù)電、模電的關(guān)系 09
1.8.4　嵌入式開發(fā)學(xué)習(xí)和專業(yè)的關(guān)系 09
1.8.5　嵌入式開發(fā)學(xué)習(xí)和個人性格的關(guān)系 10
1.9　嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成、特點和發(fā)展方向 10
1.9.1　嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)成 10
1.9.2　嵌入式系統(tǒng)的特點 10
1.9.3　嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展方向 11
1.10　交叉編譯 12
1.10.1　軟件開發(fā)的兩種模式 12
1.10.2　交叉編譯的特點 12
1.11　CPU的設(shè)計原理、地址總線/數(shù)據(jù)總線/控制
總線 13
1.11.1　CPU的設(shè)計原理 13
1.11.2　地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線 13
1.12　嵌入式輔助開發(fā)工具 14
1.13　習(xí)題 14


ARM CPU的體系結(jié)構(gòu)與匯編指令 15
2.1　可編程器件的編程原理 15
2.2　指令集對CPU的意義 16
2.3　CISC和RISC 16
2.4　統(tǒng)一編址和獨立編址、馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛
結(jié)構(gòu) 17
2.4.1　I/O與內(nèi)存的統(tǒng)一編址和獨立編址 17
2.4.2　馮·諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu) 18
2.5　軟件編程控制硬件的關(guān)鍵——寄存器 19
2.5.1　寄存器的含義及查看方法 19
2.5.2　寄存器的分類 21
2.6　S5PV210的地址映射詳解 21
2.7　CPU的外存儲器和接口方式 24
2.7.1　SoC外存儲器分類與介紹 25
2.7.2　S5PV210支持的外存儲器 26
2.8　S5PV210的啟動過程詳解 27
2.8.1　不同計算機系統(tǒng)內(nèi)存和外存配置的區(qū)別 27
2.8.2　S5PV210啟動方式詳解 28
2.8.3　X210開發(fā)板啟動方式選擇 30
2.9　ARM CPU的編程模式和7種工作模式 32
2.9.1　ARM CPU的編程模式 32
2.9.2　ARM CPU的7種工作模式 33
2.10　ARM CPU的37個寄存器詳解 34
2.11　ARM CPU的異常處理方式簡介 37
2.12　ARM匯編指令集詳解 38
2.12.1　ARM匯編指令集總述 38
2.12.2　ARM匯編指令集中指令的分類及詳細(xì)講解 40
2.12.3　ARM匯編指令中的偽指令 46
2.13　習(xí)題 48


開發(fā)板、原理圖和數(shù)據(jù)手冊 49
3.1　開發(fā)板配置簡介 49
3.2　資料導(dǎo)讀 50
3.2.1　開發(fā)板硬件手冊導(dǎo)讀 50
3.2.2　X210核心板、底板原理圖導(dǎo)讀 51
3.2.3　S5PV210數(shù)據(jù)手冊 55
3.3　開發(fā)板刷系統(tǒng) 56
3.3.1　刷機工具簡介 56
3.3.2　開發(fā)板刷系統(tǒng)方法介紹 58
3.4　新開發(fā)板X210BV3S 65
3.5　習(xí)題 66


GPIO和LED 67
4.1　交叉編譯工具鏈 67
4.2　Makefile 70
4.3　mkv210_image.c 73
4.3.1　mkv210_image.c的作用 73
4.3.2　mkv210_image.c代碼解析 74
4.4　編寫點亮LED程序前的相關(guān)準(zhǔn)備工作 77
4.5　點亮LED 81
4.6　擴展：反匯編工具objdump 87
4.7　習(xí)題 89
SDRAM和重定位 90
5.1　關(guān)閉看門狗 90
5.2　設(shè)置棧和調(diào)用C程序 92
5.3　用匯編語言編寫啟動代碼之開/關(guān)iCache 95
5.4　重定位引入與編程實現(xiàn) 96
5.4.1　重定位引入和鏈接腳本 96
5.4.2　重定位代碼實現(xiàn) 99
5.5　SDRAM初始化 102
5.5.1　原理圖中SDRAM相關(guān)部分分析 103
5.5.2　數(shù)據(jù)手冊中SDRAM相關(guān)部分分析 104
5.5.3　代碼實戰(zhàn) 111
5.6　習(xí)題 117


時鐘系統(tǒng) 118
6.1　SoC時鐘系統(tǒng)簡介 118
6.2　S5PV210的時鐘系統(tǒng) 119
6.3　時鐘設(shè)置的關(guān)鍵寄存器分析 126
6.4　實現(xiàn)時鐘設(shè)置代碼詳解 126
6.4.1　S5PV210時鐘設(shè)置的步驟分析 126
6.4.2　S5PV210時鐘設(shè)置匯編語言代碼分析 127
6.4.3　S5PV210時鐘設(shè)置C語言代碼分析 132
6.5　習(xí)題 134


串口通信 135
7.1　通信發(fā)展史及電子通信涉及的基礎(chǔ)概念 135
7.1.1　通信發(fā)展史 135
7.1.2　電子通信中涉及的概念 136
7.2　串口通信的基本概念 138
7.3　串口通信的基本原理 140
7.4　S5PV210串口通信詳解 142
7.4.1　原理框圖與自動流控 142
7.4.2　3種擴展模式 144
7.4.3　串口通信中的中斷與時鐘 145
7.5　S5PV210串口通信編程實戰(zhàn) 146
7.6　uart stdio的移植介紹 156
7.7　習(xí)題 164


按鍵和CPU中斷系統(tǒng) 165
8.1　按鍵 165
8.2　S5PV210的中斷體系介紹 167
8.3　異常向量表的編程處理 168
8.3.1　訪問異常向量表 169
8.3.2　中斷處理過程中匯編代碼的使用 169
8.4　S5PV210中斷處理的主要寄存器 170
8.5　中斷處理的代碼實現(xiàn)步驟 172
8.6　按鍵與外部中斷 175
8.6.1　外部中斷寄存器配置 175
8.6.2　外部中斷實現(xiàn)按鍵 175
8.7　習(xí)題 176


定時器、看門狗和實時時鐘等 177
9.1　定時器 177
9.2　S5PV210中的PWM定時器介紹 178
9.2.1　S5PV210的PWM定時器原理圖簡介 179
9.2.2　預(yù)分頻器與分頻器 180
9.2.3　TCNT、TCNTB、TCON和TCNTO寄存器
功能介紹 181
9.2.4　自動重載和雙緩沖 183
9.3　PWM波形介紹 183
9.3.1　什么是PWM 183
9.3.2　PWM波形的生成原理 184
9.3.3　輸出電平翻轉(zhuǎn)器 185
9.3.4　死區(qū)生成器 185
9.4　蜂鳴器和PWM定時器編程實戰(zhàn) 186
9.4.1　蜂鳴器的工作原理 186
9.4.2　原理圖和硬件信息 187
9.4.3　驅(qū)動蜂鳴器的PWM定時器代碼編寫 188
9.4.4　編寫C語言主函數(shù)、子函數(shù) 190
9.4.5　修改Makefile 191
9.5　看門狗 192
9.5.1　什么是看門狗及看門狗的作用 193
9.5.2　S5PV210看門狗的結(jié)構(gòu)原理圖 193
9.5.3　看門狗的主要寄存器 193
9.6　看門狗的編程實戰(zhàn) 194
9.6.1　看門狗產(chǎn)生中斷信號功能代碼編寫 194
9.6.2　看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號功能代碼編寫 198
9.7　實時時鐘介紹 200
9.7.1　S5PV210實時時鐘的結(jié)構(gòu)框圖 200
9.7.2　S5PV210 RTC的主要寄存器 201
9.7.3　BCD碼介紹 201
9.8　RTC編程實戰(zhàn) 201
9.8.1　編程注意事項 201
9.8.2　實戰(zhàn)步驟詳解 202
9.8.3　示例程序詳解 204
9.9　習(xí)題 208


SD卡啟動 209
10.1　SD卡的特點和背景知識 209
10.2　SD卡的編程接口 210
10.2.1　物理接口 210
10.2.2　SD協(xié)議與SPI協(xié)議 210
10.3　S5PV210的SD卡啟動詳解 211
10.3.1　SoC為何要支持SD卡啟動 211
10.3.2　SD卡啟動的難點在哪里 211
10.3.3　SD卡啟動流程 212
10.3.4　SoC支持SD卡啟動的秘密 212
10.3.5　扇區(qū)和塊的概念 213
10.3.6　用函數(shù)指針方式調(diào)用device copy
function 213
10.4　S5PV210的SD卡啟動實戰(zhàn) 214
10.4.1　任務(wù)：大于16KB的.bin文件使用SD卡
啟動 214
10.4.2　代碼劃分為兩部分（BL1和BL2）編寫 214
10.4.3　BL1中的重定位 216
10.4.4　BL2遠(yuǎn)跳轉(zhuǎn) 217
10.5　區(qū)別于將代碼分為兩部分的另一種啟動方式 217
10.5.1　代碼分為兩部分啟動的缺陷 217
10.5.2　U-Boot的SD卡啟動 218
10.5.3　分析U-Boot的SD卡啟動細(xì)節(jié) 218
10.6　習(xí)題 218


外存芯片NAND Flash和iNAND 219
11.1　NAND Flash的型號和命名 219
11.1.1　NAND Flash的數(shù)據(jù)位 219
11.1.2　NAND Flash的功能框圖 219
11.2　NAND Flash的單元組織：Block和Page 221
11.2.1　帶內(nèi)數(shù)據(jù)和帶外數(shù)據(jù) 221
11.2.2　NAND Flash的地址時序和命令碼 222
11.3　NAND Flash的壞塊檢查 222
11.3.1　NAND Flash的頁寫操作 223
11.3.2　NAND Flash的擦除和頁讀操作 224
11.4　SoC的NAND Flash控制器 224
11.5　NAND Flash操作代碼解析 225
11.6　iNAND介紹 228
11.7　SD卡/iNAND硬件接口 228
11.7.1　SD卡命令相應(yīng)的操作模式 229
11.7.2　SD卡體系結(jié)構(gòu)、內(nèi)部寄存器 229
11.8　SD/iNAND代碼分析 230
11.8.1　Hsmmc.h頭文件CMD×和ACMD×命令碼
分析 230
11.8.2　Hsmmc.c文件分析 233


I2C通信 238
12.1　I2C通信介紹 238
12.2　I2C通信的時序 239
12.2.1　I2C的空閑態(tài)/忙態(tài)、起始位/結(jié)束位 239
12.2.2　I2C數(shù)據(jù)傳輸格式（數(shù)據(jù)位和ACK） 240
12.2.3　數(shù)據(jù)在總線上的傳輸協(xié)議 240
12.3　S5PV210的I2C控制器 241
12.4　X210開發(fā)板的板載重力傳感器介紹 243
12.4.1　原理圖 243
12.4.2　重力傳感器簡介 244
12.4.3　I2C從設(shè)備地址 244
12.4.4　I2C從設(shè)備的通信速率 245
12.5　I2C的通信流程 245
12.5.1　I2C的通信流程寄存器分析 245
12.5.2　重力傳感器讀/寫寄存器流程分析 247
12.6　I2C通信代碼分析 248
12.7　習(xí)題 250


A/D轉(zhuǎn)換器 251
13.1　A/D轉(zhuǎn)換器的引入 251
13.1.1　模擬量和數(shù)字量 251
13.1.2　什么是A/D轉(zhuǎn)換器 252
13.1.3　有A/D轉(zhuǎn)換器自然就有D/A轉(zhuǎn)換器 252
13.2　A/D轉(zhuǎn)換器的主要相關(guān)概念 252
13.2.1　量程 252
13.2.2　精度 252
13.2.3　轉(zhuǎn)換速率 253
13.2.4　A/D轉(zhuǎn)換器的工作時鐘框圖 253
13.2.5　A/D轉(zhuǎn)換器的通道數(shù) 254
13.2.6　A/D轉(zhuǎn)換器和電阻式觸摸屏的關(guān)系 255
13.3　S5PV210的A/D轉(zhuǎn)換控制器 255
13.4　硬件設(shè)計分析 258
13.5　軟件設(shè)計 258
13.6　程序燒錄與調(diào)試 260
13.7　習(xí)題 262


LCD屏 263
14.1　LCD簡介 263
14.1.1　什么是LCD 263
14.1.2　LCD的顯示原理和特點 263
14.1.3　LCD屏的種類 264
14.1.4　其他類型的顯示屏 264
14.2　LCD設(shè)備的接口技術(shù) 265
14.2.1　LCD設(shè)備通信接口中的電平轉(zhuǎn)換 265
14.2.2　RGB接口詳解 266
14.3　LCD的顯像原理和相關(guān)概念 267
14.3.1　像素及相關(guān)概念 267
14.3.2　掃描 268
14.3.3　驅(qū)動器和控制器 269
14.3.4　顯示內(nèi)存（顯存） 269
14.3.5　LCD屏的6個主要時序參數(shù) 270
14.4　顏色在計算機中的表示 272
14.4.1　計算機中的顏色是離散的 272
14.4.2　常見像素深度 272
14.5　S5PV210的LCD控制器 273
14.5.1　虛擬屏幕疊加 274
14.5.2　虛擬顯示 275
14.6　LCD編程實戰(zhàn) 276
14.6.1　LCD控制器初始化 276
14.6.2　顯示像素、刷背景、橫線豎線和畫圓功能的
實現(xiàn) 287
14.6.3　寫英文和中文字符 290
14.6.4　畫圖 292
14.7　習(xí)題 295


觸摸屏 296
15.1　輸入設(shè)備簡介及觸摸屏介紹 296
15.1.1　觸摸屏的特點 296
15.1.2　觸摸屏和顯示屏的聯(lián)系與區(qū)別 296
15.2　電阻式觸摸屏的原理 297
15.3　S5PV210的電阻式觸摸屏控制器 298
15.3.1　控制器框圖介紹 298
15.3.2　控制器部件的工作模式選擇 299
15.3.3　控制器的主要寄存器 300
15.4　電容式觸摸屏的原理 301
15.4.1　人體感知電流 301
15.4.2　專用電路計算坐標(biāo) 301
15.4.3　多個區(qū)塊支持多點觸摸 302
15.4.4　對外提供I2C的訪問接口 302
15.5　FT5x06電容觸摸IC簡介 302
15.6　習(xí)題 303


Shell原理和問答機制引入 304
16.1　理解Shell 304
16.1.1　什么是Shell 304
16.1.2　Shell的運行原理 305
16.1.3　Shell應(yīng)用舉例 305
16.2　從零寫最簡單的Shell 306
16.2.1　使用printf和scanf函數(shù)做輸入回顯 306
16.2.2　定義簡單命令集 306
16.3　將簡易Shell移植到開發(fā)板中 308
16.3.1　工程選定、文件復(fù)制、Makefile編寫 308
16.3.2　printf和scanf函數(shù)的移植 314
16.3.3　main.c和其余文件 317
16.3.4　編譯下載和調(diào)試驗證 319
16.4　定義標(biāo)準(zhǔn)命令集及解析 320
16.4.1　添加cmd_parser和cmd_exec函數(shù) 321
16.4.2　自己動手寫strcmp和strcpy函數(shù) 322
16.4.3　定義命令集、添加shell.h頭文件 322
16.4.4　修改代碼 323
16.4.5　燒錄與測試 324
16.5　添加第 一個命令 326
16.5.1　命令任務(wù)分析 326
16.5.2　命令解析與命令執(zhí)行 327
16.5.3　修改代碼 330
16.5.4　第 一個命令的測試 331
16.6　添加其他命令 332
16.6.1　添加pwm.c文件 332
16.6.2　添加adc.c命令文件 333
16.6.3　移植printf函數(shù) 334
16.6.4　添加lcd.c文件 335
16.6.5　修改代碼 339
16.6.6　編譯測試 345
16.7　實現(xiàn)開機倒計時自動執(zhí)行命令 346
16.7.1　添加計時功能 347
16.7.2　修改代碼 349
16.7.3　測試運行 352
16.7.4　構(gòu)建BL1和BL2燒錄 352
16.8　初步實現(xiàn)環(huán)境變量 354
16.8.1　添加env.c文件對環(huán)境變量進(jìn)行設(shè)置、
修改 355
16.8.2　修改代碼 357
16.8.3　測試代碼 363
16.9　習(xí)題 364