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ARM 之旅

概述. 选择合适的 ARM 芯片 充分了解该 ARM 芯片. ARM 的特性 了解 ARM 内部结构. 设计最小系统 建立开发环境 ( 软件、硬件 ). 当前位置. ARM 程序的组成 了解 ARM 指令系统. 入门级别. HelloWorld 程序. 了解级别. 掌握部分 ARM 指令. 产品开发. ARM 之旅. 主题： ARM 开发流程. ARM 嵌入式系统开发常用工具. 仿真调试工具－ Keil ULINK 仿真器 批量生产工具－ SmartPRO 系列通用编程器 分析纠错工具－ LA1032 逻辑分析仪. Keil ULINK 仿真器.

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ARM 之旅

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  1. 概述 选择合适的ARM芯片 充分了解该ARM芯片 ARM的特性 了解ARM内部结构 设计最小系统 建立开发环境 (软件、硬件) 当前位置 ARM程序的组成 了解ARM指令系统 入门级别 HelloWorld程序 了解级别 掌握部分ARM指令 产品开发 ARM之旅

  2. 主题： ARM开发流程

  3. ARM嵌入式系统开发常用工具 • 仿真调试工具－Keil ULINK仿真器 • 批量生产工具－SmartPRO系列通用编程器 • 分析纠错工具－LA1032逻辑分析仪

  4. Keil ULINK仿真器 • 支持内核: ARM7 ARM9 Cortex-M3 • 支持片内外设模拟调试 • 支持片内Flash下载/调试，片外Flash • USB接口

  5. SmartPRO系列通用编程器 • 支持ARM芯片编程，速度快，适合于批量生产 SmartPRO 5000U X5 X8

  6. 支持ARM芯片列表（Philips所有带片内Flash的芯片，需要适配器）支持ARM芯片列表（Philips所有带片内Flash的芯片，需要适配器） • LPC2101 LPC2102 LPC2103 • LPC2104 LPC2105 LPC2106 • LPC2114 LPC2119 • LPC2124 LPC2129 • LPC2131 LPC2132 LPC2134 LPC2136 LPC2138 • LPC2141 LPC2142 LPC2144 LPC2146 LPC2148 • LPC2194 • LPC2212 LPC2214 • LPC2292 LPC2294

  7. LA1032逻辑分析仪 分析、纠错好帮手，五大功能： 逻辑分析仪＋总线分析仪＋协议分析＋频率计＋逻辑笔

  8. LA1032逻辑分析仪 • 功能特点 • 100M采样频率。 • 32路数字通道. • 边缘、电平、总线等多种触发方式。 • UART、SPI、I2C、SSI、CF卡等总线分析。 • 功能强大的测量内核，无须依赖于高性能计算机。 • USB2.0高速接口，即插即用。 • 动态升级的硬件算法使您的测量手段与时并进。

  9. ARM开发流程 • 6.1 引言 • 6.2 最小系统设计 • 6.3 软件开发平台 • 6.4 启动代码 • 6.5 GPIO模块

  10. 6.1 引言 (一) 为什么要学ARM？ (二) 学ARM要学什么？ (三) 学ARM难吗？ (四) 如何学ARM？

  11. 6.1 引言 (一) 为什么要学ARM？ 技术要以市场为导向。 学习主流技术和先进技术。 32位嵌入式系统在嵌入式系统的份额和发展；32位嵌入式 系统中ARM的份额和发展。 规划个人职业生涯。 提升公司平台和核心竞争力。

  12. 6.1 引言 (二) 学ARM要学什么？ 学ARM要学核心的东西，而不是花哨的外设。 结合自己的专长进行发挥。 ARM7还是ARM9？ARM和操作系统？

  13. 6.1 引言 (三) 学ARM难吗？ 学ARM不难，只要有电子基础、有一定的C/汇编语言能力即可，能懂或者了解某一个体系的CPU架构则更好。 电子、自动化、机电一体化、仪器仪表、计算机、机械甚至物理等基础学科的学生都可以学习。

  14. 6.1 引言 (四) 如何学ARM？ 良好的学习态度＋ 合适的开发套件＋ 正确的学习方法

  15. 6.1 引言 (四) 如何学ARM？ 前提条件：选择一款合适的芯片和开发套件。 嵌入式开发是一个实战性很强的行业。 选一个最简单的芯片、最简单的开发板，可以加快入门的速度。简单的芯片和开发板可以降低门槛，减少障碍。

  16. 6.1 引言 (四) 如何学ARM？ 对于初学者，推荐EasyARM2131开发套件。 （1）EasyARM2131开发板 （2）EasyJTAG仿真器 （3）《深入浅出ARM7－LPC213x/214x(上下册)》 （4）原理图、源代码、分析文档 （5）其它资料 （6）强大、完善的技术支持。 提供了一个完善的开发平台。

  17. 6.1 引言 (四) 如何学ARM？ 选择开发套件的标准： （1）配套资料是否齐全？ 原理图、源程序、文档等。 （2）是否提供技术支持？ 强大、完善的技术支持能够加快学习进度。 （3）能否提供开发平台？ 现代嵌入式系统的开发要以平台为基础。平台是公司和个人迅速发展的保证。

  18. 6.1 引言 推荐使用 EasyARM2131开发套件

  19. 6.1 引言 配套资料 EasyARM2131开发套件

  20. 6.1 引言 全面支持10种型号的64 PIN小管脚ARM7微控制器：     －LPC213x(LPC2131/2132/2134/2136/2138)－内置USB接口的LPC214x(LPC2141/2142/2144/2146/2148)多种免费商业化软件包及其详细的开发文档：     * 移植μC/OS－II到ARM7软件包     * 数据队列软件包     * 串口驱动软件包     * MODEM接口软件包     * SPI总线软件包     * I2C总线软件包     * ZLG/FS V1.0版本文件管理系统软件包     * ZLG/GUI图形用户界面软件包     * ZLG/SD卡读写软件包     * ZLG/USB固件程序及其驱动程序软件包 功能特点 EasyARM2131开发套件

  21. 6.1 引言 多种可选配置适配器：     －各种型号的CPU PACK，用户可按需求和喜好配置主ARM芯片     －MG12864点阵图型液晶模块    所有I/O口全部引出，方便用户连接外部电路的开发与使用；    可进行GPIO的控制实验，如键盘输入、蜂鸣器控制、模拟SPI等；6个独立按键(可用于外部中断、定时器捕获输入)，8个LED指示灯；    具有RS232转换电路，可与上位机进行通讯，完成UART通讯实验;可以与标准串行modem直接接口，方便远程通讯；    具有I2C接口和SPI/SSP接口输出；    提供基于PC的人机界面，方便调试实时时钟、串口通信等功能；    可进行外部中断实验，学习向量中断控制器(VIC)；    定时器控制实验，如定时控制LED、定时器捕获等；    使用板内的CAT1025(内含复位功能)，完成I2C总线的实验；    使用74HC595芯片，实现SPI接口数据发送、接收实验； 功能特点 EasyARM2131开发套件

  22. 6.1 引言 A/D转换实验； DAC转换实验(更换CPU为LPC2132及以上)；    实时时钟控制实验； WDT及低功耗控制实验；54个基础实验及其大量的中间件软件包，完整地验证了几乎所有的硬件功能资源；    详细的配套资料(《深入浅出ARM7—LPC213x/214x》(上/下册)，北航出版社，其中上册为标准配置)。 功能特点 EasyARM2131开发套件

  23. 6.1 引言 (四) 如何学ARM？ （1）动手实践 不要将光盘配套程序直接运行，而要逐行输入代码，并理解代码，写文档。 （2）使用网络 周立功网站：www.zlgmcu.com 中国电子网：www.21IC.com ZLG-ARM论坛 （3）学会投资 舍得为学知识投资，如买书、资料和工具等。

  24. 6.2 最小系统设计 • 6.2.1 最小系统概述 • 6.2.2 电源设计 • 6.2.3 时钟电路设计 • 6.2.4 复位电路设计 • 6.2.5 调试接口设计 • 6.2.6 存储系统设计 • 6.2.7 最小系统示例

  25. 6.2.1 最小系统概述 设计一个最小系统是学习ARM的好方法 一个嵌入式处理器自己是不能独立工作的，必须给它供电、加上时钟信号、提供复位信号，如果芯片没有片内程序存储器，则还要加上存储器系统，然后嵌入式处理器芯片才可能工作。这些提供嵌入式处理器运行所必须的条件的电路与嵌入式处理器共同构成了这个嵌入式处理器的最小系统。而大多数基于ARM7处理器核的微控制器都有调试接口，这部分在芯片实际工作时不是必需的，但因为这部分在开发时很重要，所以也把这部分也归入最小系统中。

  26. 时钟系统 调试测试接口 嵌入式控制器 供电系统 (电源) 复位及其 配置系统 存储器系统 6.2.1 最小系统概述 • 最小系统框图 可选，但是在样品阶段通常都会设计这部分电路 可选，因为许多面向嵌入式领域的微控制器内部集成了程序和数据存储器

  27. 时钟系统 时钟系统 调试测试接口 调试测试接口 嵌入式控制器 嵌入式控制器 供电系统 (电源) 供电系统 (电源) 复位及其 配置系统 复位及其 配置系统 存储器系统 存储器系统 6.2.2 电源设计 供电系统 (电源) 电源系统为整个系统提供能量，是整个系统工作的基础，具有极其重要的地位，但却往往被忽略。如果电源系统处理得好，整个系统的故障往往减少了一大半。

  28. 供电系统 (电源) 时钟系统 调试测试接口 嵌入式控制器 供电系统 (电源) 复位及其 配置系统 存储器系统 6.2.2 电源设计 设计电源时要考虑的因素： 1.输出的电压、电流、功率； 2.输入的电压、电流； 3.安全因素； 4.输出纹波； 5.电磁兼容和电磁干扰； 6.体积限制； 7.功耗限制； 8.成本限制。

  29. 6.2.2 电源设计 1.分析需求 （1）LPC2000系列微控制所需要的电源类型

  30. 6.2.2 电源设计 1.分析需求 （2）系统需求 主要考虑是否需要将数字电源和模拟电源分开。 （1）如果不使用芯片的A/D或者D/A功能，可以不区分数字电源和模拟电源。 （2）如果使用了A/D或者D/A，还需考虑参考电源设计。

  31. 6.2.2 电源设计 1.分析需求 （3）电源电路的前级和末级 电源前级 电源末级

  32. 6.2.2 电源设计 2.设计末级电源电路 • LPC2000系列微控制1.8V消耗电流的极限值为70mA。为了保证可靠性并为以后升级留下余量，则电源系统1.8V能够提供的电流应当大于300mA。 • 整个系统在3.3V上消耗的电流与外部条件有很大的关系，这里假设电流不超过200mA，这样，电源系统3.3V能够提供600mA电流即可。 • 分析得到以下参数： • 3.3V电源设计最大电流：600mA； • 1.8V电源设计最大电流：300mA。

  33. 6.2.2 电源设计 2.设计末级电源电路 因为系统对这两组电压的要求比较高，且其功耗不是很大，所以不适合用开关电源，应当用低压差模拟电源（LDO）。合乎技术参数的LDO芯片很多，Sipex 半导体SPX1117是一个较好的选择，它的性价比高，且有一些产品可以与它直接替换，减少采购风险。

  34. 6.2.2 电源设计 SPX1117主要特点： 0.8A稳定输出电流； 1A稳定峰值电流； 3V可调节； 低静态电流； 0.8A时低压差为1.1V； 0.1%线形调整率； 0.2%负载调整率； 过流及温度保护； 多种封装供选择。

  35. 6.2.2 电源设计 末级电源 电路实例

  36. 6.2.2 电源设计 模数隔离实例

  37. 6.2.2 电源设计 3.设计前级电源电路 • 尽管SPX1117允许的输入电压可达20V（参考芯片数据手册），但太高的电压使芯片的发热量上升，散热系统不好设计，同时影响芯片的性能。这样，就需要前级电路调整一下。如果系统可能使用多种电源（如交流电和电池），各种电源的电压输出不一样，就更需要前级调整以适应末级的输入。通过之前的分析，前级的输出选择为5V。选择5V作为前级的输出有两个原因： • 这个电压满足SPX1117的要求； • 目前很多器件还是需要5V供电的，这个5V可以兼做前级和末级了。

  38. 6.2.2 电源设计 3.设计前级电源电路 • 根据系统在5V上消耗的电流和体积、成本等方面的考虑，前级电路可以使用开关电源，也可以使用模拟电源。 它们的特别如下： • 开关电源：效率较高，可以减少发热量，因而在功率较大时可以减小电源模块的体积； • 模拟电源：电路简单，输出电压纹波较小，并且干扰较开关电源小得多。

  39. 6.2.2 电源设计 前级电源 电路实例 模拟电源 开关电源

  40. 时钟系统 调试测试接口 嵌入式控制器 供电系统 (电源) 复位及其 配置系统 存储器系统 6.2.3 时钟电路设计 时钟系统 目前所有的微控制器均为时序电路，需要一个时钟信号才能工作，大多数微控制器具有晶体振荡器。简单的方法是利用微控制器内部的晶体振荡器，但有些场合（如减少功耗、需要严格同步等情况）需要使用外部振荡源提供时钟信号。

  41. LPC2000 LPC2000 X1 X2 X1 X2 C Xtal C C Clock 6.2.3 时钟电路设计 可以使用稳定的时钟信号源，如有源晶振等。 使用内部振荡器 使用外部时钟源 目前所有的微控制器均为时序电路，需要一个时钟信号才能工作，大多数微控制器具有晶体振荡器。简单的方法是利用微控制器内部的晶体振荡器，但有些场合（如减少功耗、需要严格同步等情况）需要使用外部振荡源提供时钟信号。

  42. 时钟系统 调试测试接口 嵌入式控制器 供电系统 (电源) 复位及其 配置系统 存储器系统 6.2.4 复位电路设计 复位及其 配置系统 微控制器在上电时状态并不确定，这造成微控制器不能正确工作。为解决这个问题，所有微控制器均有一个复位逻辑，它负责将微控制器初始化为某个确定的状态。这个复位逻辑需要一个复位信号才能工作。一些微控制器自己在上电时会产生复位信号，但大多数微控制器需要外部输入这个信号。这个信号的稳定性和可靠性对微控制器的正常工作有重大影响。

  43. 6.2.4 复位电路设计 复位电路可以使用简单的阻容复位，这个电路成本低廉，但不能保证任何情况产生稳定可靠的复位信号，所以一般场合需要使用专门的复位芯片。 最好避免使用！ 阻容复位

  44. 6.2.4 复位电路设计 常用的复位专用芯片有CATALYST公司的CAT800系列，Sipex公司的SP700系列和SP800系列。为了适应嵌入式系统的应用，这些公司还推出带有EEPROM存储器和看门狗的复位芯片，这可以降低系统成本和缩小产品体积，减少元件数量也有利于系统的稳定性。 如果系统不需要手动复位功能，可以选择CAT809。如果需要手动复位功能，可以选择SP705/706、SP708SCN。 种类繁多的复位芯片可以满足不同工作电压和不同复位方式的系统，这里仅介绍其中部分。 注意：复位芯片的复位门槛的选择至关重要，一般应当选择微控制器的IO口供电电压范围为标准。LPC2000这个范围为：3.0V～3.6V，所以选择复位门槛电压为2.93V，即电源电压低于2.93V时产生复位信号。

  45. 6.2.4 复位电路设计 • 复位电路实例CAT809 • 低有效复位； • 在工业级温度范围的应用中可直接代替MAX809； • Vcc低至1.0V时，复位信号仍然有效； • 6uA的电源电流； • 抗电源的瞬态干扰； • 紧凑的3脚SOT23和SC70封装； • 工业级温度范围：－40℃～+85℃ 。

  46. 6.2.4 复位电路设计 • 复位电路实例SP708/R/S/T • 2.63V:SP708R；2.93V:SP708S；3.08V:SP708T； • 复位脉冲宽度-200ms； • 最大电源电流40uA； • 支持开关式TTL/CMOS手动复位输入； • Vcc下降至1V时，nRESET信号仍然有效； • SP708/R/S/T支持高/低电平两种方式。

  47. 6.2.4 复位电路设计 • 复位电路实例SP6200/6201 • 适用于要求高精度、快速操作和方便使用的应用； • 极低的关断电流：最大为1uA； • 低压差：160mV@100mA。输出电压高精度： 2% ； • 逻辑控制的电子使能； • 复位输出(VOUT良好)； • 1uF的陶瓷电容就可保持器件无条件稳定工作。 电压输出使能 复位输出

  48. 6.2.4 复位电路设计 • 复位电路实例CAT1024/1025 • 具有2K字节EEPROM存储器，数据保存时间长达100年； • 存储器采用400KHz的I2C总线接口，16字节的页写缓冲区； • CAT1025具有高、低电平复位信号，CAT1024具有低电平复位信号。Vcc低至1V时复位仍有效； • 工作电压范围：2.7V～5.5V； • 手动复位输入。

  49. 6.2.4 复位电路设计 微控制器在复位后可能有多种初始状态，具体复位到哪种初始状态是在复位的过程中决定的。复位逻辑可能通过片内只读存储器中的数据决定具体的初始状态，但更多的是通过复位期间的引脚状态决定，也可能通过两者共同决定。用引脚状态配置复位后的初始状态没有统一的方法，需要根据相关芯片的手册决定。 P0.14决定复位后是否进入ISP状态 P1. 20决定复位后是否使用P1.25～P1.16作为跟踪端口 P2.26和P2.27决定复位后存储器的来源以及存储器的宽度 P1.26决定复位后是否使用P1.31～P1.26作为调试端口

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