嵌入式系统案例教程

嵌入式系统涉及系统*底层、芯片级的信息处理与软硬件控制，是物联网和人工智能的基础。嵌入式系统与通常意义上的控制系统在设计思路和总体架构方面有许多不同之处，而这些不同之处恰恰是传统控制教学中较少涉及的，鉴于此编者编写了本书。 
在现代信息化社会，嵌入式系统在人们日常工作和生活中所占的份额已超过传统意义上的控制系统。嵌入式系统作为一门理论与实践密切结合的综合性专业课程必将随着信息产业的发展而逐渐趋于成熟。 
 自2000年来，作者一直从事嵌入式系统开发工作。2015年起，作者开始承担“嵌入式系统”课程的授课。通过研究各种相关教材，发现目前市场上的教材主要介绍以下几种单片机： 
 现有教材介绍*多的是51系列单片机，这种8位单片机虽然经典，但是其缺点也很明显；MSP430系列单片机是德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器，采用了精简指令集RISC结构，功耗低，速度快，寻址方式多，指令少而灵活；PIC系列单片机是美国微芯公司（Microchip）的产品，CPU采用精简指令集结构，同时采用哈佛（Harvard）双总线结构，它能并行处理程序存储器和数据存储器的访问；AVR单片机由Atmel公司推出，取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业，指令以字为单位，且大部分指令为单周期指令；国产宏晶STC单片机综合了51系列单片机和AVR单片机的优点。 
 目前，市场上介绍STM32单片机的教材相对较少。STM32单片机由意法半导体（ST）公司推出，性价比很高。本书主要介绍STM32F429的相关知识。全书共分17章。第1章介绍开发环境，第2章介绍硬件平台及体系结构，第3章介绍FPU测试（Julia分形），第4章介绍DSP测试，第5章介绍手写识别，第6章介绍T9拼音输入法，第7章介绍USB读卡器，第8章介绍网络通信，第9章介绍内存管理，第10～17章主要介绍μC/OS­III的原理及实现。 
 本书由丁德红、丁一、彭进香编著，吉林大学秦贵和、湖南大学邝继顺审阅了全书。本书得到了广州市星翼电子科技有限公司刘洋，以及湖南文理学院郭杰荣、梅晓勇的支持和帮助；湖南文理学院文研、罗永坚、唐咏梅、谭慧敏、赵钰洁、贺娇娇、吴环、朱怡、梅娜、石云华、刘郧阳、邓军等做了大量的排版校对工作，在此一并表示感谢。 
 本书得到湖南省科技计划（项目编号：2016GK2019）、湖南省教育厅一般项目（项目编号：16C1089）的支持，在此深表感谢。 
 本书适合有C/C 语言基础的读者学习，书中配有精选案例或程序片段，有助于读者反复揣摩、练习提高。书中的完整案例均在Keil5环境下调试通过，在使用时教师可以进行编程演示。书中提到的各种资源均可与作者联系索取（编者邮箱：3181338441@qq.com）。 
 由于作者水平有限，书中难免有不足之处，欢迎读者批评指正。 

 丁德红 
 2019年4月
 

本书由浅入深地介绍STM32F429的相关知识。全书共分17章，主要介绍STM32F429常用开发环境的使用和芯片性能与特点，以及μC/OS­III操作系统的相关内容。 
 本书配套的开发板为ALIENTEK 阿波罗STM32F429，书中有详细原理图及所有实例的完整代码，且代码有详细的注释并经过严格测试。本书中的源码已生成HEX文件，读者只需通过串口/仿真器下载到开发板即可观察实验现象，体验实验过程。 
 本书既可作为高等院校计算机科学、软件工程、物联网、电子技术、通信工程等专业的教材，也可作为IT从业人员的自学参考用书。 

第1章 开发环境 1 
1.1 MDK5简介与安装 1 
1.2 工程模板和工程结构 3 
1.3 程序下载与调试 18 
第2章 硬件平台及体系结构 28 
2.1 STM32F4总线架构 28 
2.2 STM32F4时钟系统 29 
2.3 NVIC中断管理 39 
2.4 寄存器地址映射 44 
第3章 FPU测试（Julia分形） 47 
3.1 FPU概述 47 
3.2 分形 48 
3.3 Julia分形 51 
3.4 分形实验 53 
第4章 DSP测试 57 
4.1 STM32F429 DSP简介 57 
4.2 DSP库运行环境搭建 59 
4.3 DSP BasicMath测试 61 
4.4 FFT介绍 63 
4.5 FFT应用——谐波分析 74 
4.6 DSP FFT实验 77 
第5章 手写识别 82 
5.1 电阻式触摸屏 82 
5.2 电容式触摸屏 83 
5.3 手写识别简介 86 
5.4 手写识别实验 90 
第6章 T9拼音输入法 96 
6.1 拼音输入法简介 96 
6.2 T9输入法实验 98 
第7章 USB读卡器 107 
7.1 USB简介 107 
7.2 USB读卡器实验 110 
第8章 网络通信 118 
8.1 STM32F429以太网接口 118 
8.2 TCP/IP和LWIP简介 122 
8.3 网络通信实验 124 
第9章 内存管理 136 
9.1 SDRAM简介 136 
9.2 FMC SDRAM接口简介 144 
9.3 STM32CubeMX配置FMC（SDRAM） 149 
9.4 SDRAM API函数 150 
9.5 SDRAM测试效果 155 
9.6 内存管理概述 155 
9.7 内存管理实验 157 
第10章 嵌入式操作系统µC/OS­Ⅲ 165 
10.1 μC/OS­Ⅲ简介 165 
10.2 μC/OS­Ⅲ启动和初始化 167 
10.3 任务状态 168 
10.4 任务控制块 169 
10.5 任务堆栈 171 
10.6 任务就绪表 172 
10.7 任务调度和切换 175 
10.8 任务创建和删除实验 180 
10.9 任务挂起和恢复实验 186 
10.10 时间片轮转调度实验 189 
10.11 μC/OS­Ⅲ系统内部任务 194 
第11章 μC/OS­Ⅲ中断和时间管理 202 
11.1 中断管理 202 
11.2 时间管理 208 
第12章 μC/OS­Ⅲ软件定时器 210 
12.1 定时器工作模式 210 
12.2 μC/OS­Ⅲ定时器实验 213 
第13章 μC/OS­Ⅲ信号量和互斥信号量 219 
13.1 信号量 219 
13.2 直接访问共享资源区实验 221 
13.3 使用信号量访问共享资源区实验 223 
13.4 任务同步实验 225 
13.5 优先级反转 228 
13.6 优先级反转实验 229 
13.7 互斥信号量 233 
13.8 互斥信号量实验 236 
13.9 任务内嵌信号量 239 
13.10 任务内嵌信号量实验 240 
第14章 μC/OS­Ⅲ消息传递 243 
14.1 消息队列 243 
14.2 消息队列相关函数 244 
14.3 消息队列实验 246 
14.4 任务内嵌消息队列 253 
14.5 任务内嵌消息队列实验 254 
第15章 μC/OS­Ⅲ事件标志组 260 
15.1 事件标志组 260 
15.2 事件标志组相关函数 261 
15.3 事件标志组实验 263 
第16章 μC/OS­Ⅲ同时等待多个内核对象 270 
16.1 同时等待多个内核对象 270 
16.2 OSPendMulti()函数 270 
16.3 同时等待多个内核对象实验 271 
第17章 μC/OS­Ⅲ存储管理 274 
17.1 存储管理简介 274 
17.2 存储区创建 274 
17.3 存储块的使用 278 
17.4 存储管理实验 281 
参考文献 287