内容简介本书介绍了基于

MDK的LPC1100处理器应用开发.
全书共8章,分为4部分:第一部分包括第1到第3章,详细介绍了CortexM0处理器的编程模型、存储结构、异常处理机制、指令集、NVIC、系统控制块SCB和调试系统等.
第二部分包括第4、5章,简要介绍了LPC1100处理器的系统控制器、片上外设、GPIO及引脚配置、EMLPC1100LK开发板和MDK使用方法,并在此基础上给出了一个简单的LPC1100例程,是读者学习使用MDK进行LPC1100处理器应用开发的准备知识.
第三部分包括第6、7章,介绍了LPC1110处理器的所有系统控制以及片上外设,对每个模块都详细介绍其结构、特点及功能,并提供了一个小的应用实例.
第四部分为第8章,介绍了两个基于LPC1100处理器的综合应用实例.
本书既是使用MDK进行LPC1100处理器应用开发的指导书,还可作为LPC1100处理器的开发参考手册.
另外,还可以作为ARMCortexM0的编程入门指南.
图书在版编目(CIP)数据基于MDK的LPC1100处理器开发应用/李宁编著.
--北京:北京航空航天大学出版社,2010.
11ISBN9787512402287Ⅰ.
①基…Ⅱ.
①李…Ⅲ.
①微处理器—系统开发Ⅳ.
①TP332中国版本图书馆CIP数据核字(2010)第189536号版权所有,侵权必究.
基于MDK的LPC1100处理器开发应用李宁编著责任编辑董立娟*北京航空航天大学出版社出版发行北京市海淀区学院路37号(邮编100191)http://www.
buaapress.
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cn发行部电话:(010)82317024传真:(010)82328026读者信箱:emsbook@gmail.
com邮购电话:(010)82316936有限公司印装各地书店经销*开本:787*9601/16印张:16.
5字数:370千字2010年11月第1版2010年11月第1次印刷印数:4000册ISBN9787512402287定价:29.
50元序近几十年来,8位微控制器一直占据着整个嵌入式市场的主导地位.
其中,8051系列芯片的应用最为广泛,然而其指令系统和寻址能力都有着一定的局限性,有时为了提高性能,甚至需对8051指令系统进行大幅修改.
随着时代的发展、MCU应用范围的扩展,市场对更强大性能、更低功耗的低价MCU的需要越来越强烈.
于是我们NXP半导体公司开始寻找8051系列芯片的替代品,NXP公司与ARM公司的产品经理也对此开始进行了深入地研讨.
当时,CortexM3已经在32位处理器市场崭露头角,NXP也有了相应的CortexM3处理器LPC13xx系列和LPC17xx系列,但它们还没有涉足16位和高端8位处理器市场,在价格上还不能替代8051微控制器.
由于意识到8/16位微控制器市场是不容忽视的,NXP公司的微控制器经理与ARM公司有了一次会谈,向ARM公司定制一个极小的32位微控制器,这次会谈的结果就是CortexM0微处理器的诞生,它主要包含了以下特性:精简的指令集,仅有56个指令,向后兼容ARMv6指令集(Thumb2).
增加了一个32位输入中断控制器.
处理器活动功耗与主流8/16位微处理器相当.
逻辑门减少到1万2千个(总逻辑门与8051并齐,比ColdFirev1少得多).
可以复用已有的ARM集成开发环境(IDE)和硬件调试工具.
ARM的生态系统(编译器、工具、软件、社区等)把MCU用户从重复学习和不断的投资中解救了出来.
有了ARM的良好生态系统,LPC1xx(基于CortexM0)系列处理器一面世就很快吸引了很多合作者提供廉价甚至免费的开发工具、解决方案.
除了传统的MDK和IAR开发工具之外,像CooCoxTools这样的免费开发工具,就是LPC1xx受世界范围大量支持的证明.
CooCox这种基于云计算采用组件开发模式的开发工具,给开发者提供了一个非常低廉且容易上手的交互平台,开发LPC1xxMCU应用所需的各种信息都可从中获得,而且它还成为了众多开发者和爱好者交流ARMMCU开发经验及知识的平台.
2009年2月,NXP的CortexM0微控制器家族从提供简单外设的LPC11xx系列基于MDK的LPC1100处理器开发应用·2·发轫.
通过先进的硅几何处理技术,LPC1xx微控制器的各项性能得到了更高效的发挥,比如130nm工艺可以在每平方毫米的硅片得到24万个逻辑门(基于TSMC工序),90nm工艺得到的逻辑门密度则几乎是130nm技术的两倍,这代表着更复杂的功能也可以被集成.
2010年,NXP发布了带有CAN总线的LPC11C1xx系列,之后NXP还将继续不断地扩展CortexM0系列,例如,提供USB2.
0、高速串口等更高级的外设,提供更高级模拟子系统等.
武汉理工大学的UP团队为LPC1xx微控制器的普及和推广做了很多贡献.
首先,他们将LPC11xx的数据手册翻译成中文,帮助中国用户更方便地学习;之后他们推出了全新概念的CooCoxTools,让众多工程师和爱好者能轻松体验LPC11xx的强大功能,并可快速进行LPC1xx应用开发;这次,李宁博士编写的《基于MDK的LPC1100处理器开发应用》又为工程师开发LPC11xx的应用提供了有力帮助.
在此,我要非常感谢武汉理工大学的UP团队及李宁博士为LPC1xx推广所付出的辛勤劳动,感谢他们为NXPMCU普及所做的贡献.
CK.
PhuaStrategy&InnovationManagerProductLineMicrocontrollers,NXPSemiconductor前言ARM于2009年2月推出了ARMCortexM0处理器,是市场上现有的最小、能耗最低、最节能的ARM处理器.
CortexM0能耗非常低、门数量少、代码占用空间小,使得MCU开发人员能够以8位处理器的价位来获得32位处理器的性能.
超低门数还使其能够用于模拟信号设备、混合信号设备及MCU应用中,可明显节约系统成本,同时保留功能强大的CortexM3处理器的工具和二进制兼容能力.
ARM凭借其作为低能耗技术的领导者和创建超低能耗设备主要推动者的丰富专业技术,使得CortexM0处理器在不到12K门的面积内能耗仅有85μW/MHz.
CortexM0把ARM的MCU路线图扩展到超低能耗MCU和SoC应用中,如医疗器械、电子测量、照明、智能控制、游戏装置、紧凑型电源、电源和电动机控制、精密模拟系统和IEEE802.
15.
4(ZigBee)及ZWave系统.
CortexM0处理器还适合诸如智能传感器和调节器的可编程混合信号市场,这些应用在传统上一直要求使用独立的模拟设备和数字设备.
在ARM公司发布CortexM0数周之后,恩智浦半导体(NXP)在2009年的嵌入式系统大会上推出了业界首款基于CortexM0内核的功能性硅芯片,并于2010年初推出基于CoretexM0的LPC1100系列产品,随后又不断扩展该系列,迅速引起了业界的广泛关注.
本书是一本介绍基于MDK进行LPC1100处理器应用开发的书籍.
全书共分8章,可以分为如下4个部分:第一部分包括第1~3章,介绍CortexM0处理器内核.
在对CortexM0处理器结构做基本介绍的基础上,详细介绍了CortexM0处理器的编程模型、存储结构、异常处理机制、指令集、NVIC、系统控制块SCB和调试系统等,以帮助读者熟悉和掌握CortexM0处理器应用开发的基本知识.
第二部分包括第4、5章,分别简要介绍了LPC1100处理器的系统控制器、片上外设、GPIO及引脚配置、EMLPC1100开发板和MDK使用方法,并在此基础上给出了一个简单的LPC1100例程,通过这个例程读者可以初步掌握使用MDK进行LPC1100处理器应用开发的准备知识.
关于MDK的详细介绍,读者可以参考《ARM开发工具Real-ViewMDK使用入门》一书.
第三部分包括第6、7章,分别介绍LPC1114处理器的所有片上控制器和外设,对于基于MDK的LPC1100处理器开发应用·2·每个接口模块的结构、特点、功能及所有相关寄存器进行了介绍,并在此基础上为读者提供一个小的应用实例,所有的实例都给出硬件原理图、部分源代码及运行结果.
读者可以根据自己的应用需求,有选择地阅读相关章节.
另外,为了满足不习惯阅读英文手册读者的需求,作者组织了武汉理工大学UP团队的一些学生对LPC1100手册的一些章节做了翻译,放在up.
whut.
edu.
cn上;这些中文手册没有经过严格的校对,不用于生产和研发,仅供读者参考,也特别欢迎读者能帮助我们修正其中的错误.
第四部分是第8章,介绍了两个基于LPC1100处理器的综合应用实例.
其中,第一个应用实例是CoOS_Blinky,主要介绍如何将实时操作系统CoOS移植到LPC1100上去,并实现多任务调度;第二个应用实例是EnergyFriendlySocket,这是一个无线传感器网络节点的实例,通过LPC1114处理器实现对每个插座的电量检测及智能控制,实现经济、合理的用电策略.
第二个实例是UP团队刘翠玲等同学参加NXPCortexM0LPC1100DesignChallenge作品的一部分,该项目进入决赛排名第四,并最终获得了NXP的HONORABLEMENTIONS奖.
在本书的写作过程中得到各方面的支持和帮助.
首先,本书写作得到NXP公司和Embest公司的大力支持,NXP公司在第一时间为作者提供了LPC1114样片、开发板和相关资料;Embest公司则为作者提供了最新的MDK中国版和仿真器,并在技术上给作者提供了大量的无私帮助,在此要对NXP公司的王朋朋、张林,Embest公司的刘炽、廖武、刘鑫、景朝斌、周麒、张斌、范佳等资深工程师表示感谢.
其次,要感谢武汉理工大学计算机科学与技术学院UP团队的硕士研究生:刘翠玲、王冲、段义鹏、宋薇、冯义力、张国琛、张孟东、范云龙、王博、李明、成虎超、卢涛、姚金波,他们完成了大量而繁杂的资料收集整理工作,并帮助完成例程的部分编写及测试工作;本书是他们汗水的结晶,LPC1100处理器中文手册也是他们努力的结果.
最后要感谢北京航空航天大学出版社的编辑,对于本书的内容安排、文字校对以及出版等方面给了作者大量有益的建议和帮助.
另外,本书借鉴和使用了ARM公司网站的内容、MDK软件的帮助、NXP公司数据手册、CooCoxOS手册,这些已经得到了ARM公司和NXP公司的授权.
为了让广大的嵌入式开发者能尽快地得到一本使用MDK进行CortexM0处理器应用开发的书籍,本书的写作在时间上非常仓促,加上作者水平所限,书中难免会有一些错误,敬请各位读者批评指正.
作者非常乐意为广大读者提供力所能及的帮助,作者的电子邮箱是ningli_2008@163.
com.
另外,为了节省成本,本书不附带例程光盘,所有例程都可在up.
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cn或www.
embedinfo.
com网站上下载.
武汉理工大学计算机科学与技术学院李宁博士201088目录第1章CortexM0处理器简介1.
1CortexM0处理器的特点11.
2CortexM0处理器的基本结构21.
3LPC1100系列处理器41.
3.
1LPC1110处理器的性能特点41.
3.
2LPC1110处理器的产品系列51.
3.
3LPC1110处理器的基本结构61.
3.
4LPC1100处理器的开发工具6第2章CortexM0处理器编程模型2.
1处理器核寄存器组92.
2处理器工作模式及堆栈使用142.
3存储系统组织142.
3.
1CortexM0处理器的存储模型142.
3.
2LPC1110处理器的存储系统172.
3.
3LPC1110处理器的BootROM172.
4异常处理192.
4.
1异常的优先级202.
4.
2异常处理及异常向量212.
4.
3异常的进入及返回212.
4.
4故障处理242.
5功耗管理242.
6指令集26第3章CortexM0核外设3.
1内嵌向量中断控制器NVIC29基于MDK的LPC1100处理器开发应用·2·3.
1.
1相关功能寄存器293.
1.
2中断的触发与处理313.
1.
3NVIC的编程323.
2系统控制块333.
3系统定时器SysTick373.
3.
1SysTick相关寄存器373.
3.
2SysTick的使用393.
4调试系统39第4章LPC1110处理器基础4.
1系统控制模块414.
1.
1复位模块424.
1.
2时钟模块444.
1.
3掉电检测模块534.
1.
4功耗管理模块544.
1.
5内部Flash访问控制604.
2处理器引脚及I/O功能配置614.
2.
1处理器引脚614.
2.
2I/O功能配置664.
3通用I/O端口734.
4处理器片内Flash及其编程784.
4.
1片内Flash结构784.
4.
2BootLoader执行过程794.
4.
3ISP命令处理程序824.
4.
4IAP命令处理程序84第5章快速启用LPC11005.
1EMLPC1100LK开发套件875.
1.
1LPC1100开发板875.
1.
2CoLinkEx仿真器885.
2MDK的安装与配置895.
2.
1MDK安装的最小系统要求895.
2.
2MDK的安装895.
2.
3MDK目录结构92目录·3·5.
2.
4注册与帮助935.
2.
5CoLinkEx的配置945.
3μVision4.
0IDE975.
3.
1菜单栏、工具栏、状态栏985.
3.
2工程工作区995.
3.
3工作区1005.
3.
4输出窗口1015.
3.
5内存窗口1045.
3.
6观测窗口1045.
3.
7外设对话框1065.
4CMSIS标准1075.
4.
1基于CMSIS标准的软件架构1075.
4.
2CMSIS规范1085.
5第一个LPC1100应用程序Blinky1115.
5.
1选择工具集1125.
5.
2创建一个新的工程1125.
5.
3硬件选项配置1155.
5.
4创建文件组及源文件1155.
5.
5编译链接工程1215.
5.
6调试程序1225.
5.
7建立HEX文件126第6章LPC1110处理器基本接口6.
1定时/计数器CT16B0/1和CT32B0/11276.
1.
1概述1276.
1.
2功能描述1286.
1.
3应用程序设计1376.
2数模转换器ADC1406.
2.
1概述1406.
2.
2功能概述1406.
2.
3应用程序设计1456.
3看门狗定时器WDT1496.
3.
1概述1496.
3.
2功能描述150基于MDK的LPC1100处理器开发应用·4·6.
3.
3应用程序设计153第7章LPC1110处理器通信接口7.
1通用异步收发器UART1597.
1.
1概述1597.
1.
2功能描述1607.
1.
3应用程序设计1807.
2I2C总线接口1837.
2.
1概述1837.
2.
2功能描述1857.
2.
3应用程序设计2087.
3SPI总线接口2137.
3.
1概述2137.
3.
2功能描述2147.
3.
3应用程序设计226第8章综合应用8.
1CoOS_Blinky2338.
1.
1CooCoxCoOS简介2338.
1.
2应用程序设计2358.
2节能插座设计与实现2428.
2.
1智能电量控制网络2428.
2.
2EFS各主要模块的设计2448.
2.
3EFS的设计与实现247参考文献250第1章CortexM0处理器简介ARM公司于2009年2月推出了ARMCortexM0处理器,该处理器一出现即得到来自业界的大量关注.
目前,市场上已经出现了多种基于ARMCortexM0核的微控制器,如NXP公司(恩智浦半导体公司)的LPC1100系列、Nuvoton公司的NuMicro系列等.
本章简要介绍ARMCortexM0处理器的特点、应用领域、基本结构以及NXP公司的LPC1110系列ARMCortexM0处理器.
1.
1CortexM0处理器的特点ARMCortexM0是市场上现有的面积最小、能耗最低的ARM处理器.
该处理器能耗非常低、门数量少、代码占用空间小,使得MCU开发人员能够以8位处理器的价位获得32位处理器的性能;以16位的资源占用来提供32位的性能和效率,是超低功耗MCU和混合信号应用的理想之选.
其主要特点为:1)32位的性能和效率CortexM0是32位的RISC处理器,基于ARMv6M架构,为3段流水线的冯诺·依曼结构.
该处理器使用ARMv6MThumb指令集,包含Thumb2技术;因此该处理器拥有32位处理器的高性能,又有着比8位、16位处理器更好的代码密度.
2)小尺寸、低功耗CortexM0处理器的门数不到12000门,如果使用180nm超低漏电(ULL)的工艺,其功耗仅为85μW/MHz,而其性能可达到0.
9DMIPS/MHz.
另外,CortexM0处理器具有的睡眠模式和深度睡眠模式可以进一步节省功耗.
因此,CortexM0处理器将更多地应用于电池供电的应用之中.
3)高效而且可确定的中断处理CortexM0处理器内置一个紧密连接的可配置的内嵌向量中断控制器(NestedVec-toredInterruptController,NVIC),以实现中断服务程序(ISR)的高速执行.
同时,还采用硬件实现寄存器堆栈、尾链(Tailchaining)、抢占(Preemption)、迟到(Latearriving)等技术,大大降低了中断处理延迟.
而且中断处理程序不需要任何汇编封装代码,去掉了ISR的所有多基于MDK的LPC1100处理器开发应用·2·余代码开销.
CortexM0处理器的指令执行时间和中断处理时间都是可确定的,因此其中断处理是可确定的.
4)硬件乘法器CortexM0处理器提供两种硬件乘法器可选,以实现性能或尺寸优化:单周期乘法器,以实现高性能的优化;32周期乘法器,以实现面积的优化.
5)简单易用编程模型简单,没有ARM7、ARM9那么多工作模式,指令集简单.
更重要的是可以100%使用C语言编程.
6)良好的兼容性CortexM0处理器的工具及二进制代码可以向上兼容其他CortexM系列处理器,因此非常方便用户将其应用进行移植和扩展.
7)方便的调试接口IC厂商在实现CortexM0处理器时,可选0~4个硬件断点、0~2个观测点.
另外,厂商可以选择JTAG或SWD接口作为调试端口.
由于CortexM0具有以上特性,因此它特别适用于医疗器械、电子测量、照明、智能控制、游戏装置、电源控制、电机控制、精密模拟系统、ZigBee及ZWave系统等领域.
另外,CortexM0处理器还适用于可编程混合信号应用,比如以往需要使用单独模拟和数字设备的智能传感器和传动装置.
1.
2CortexM0处理器的基本结构ARMCortexM0处理器的基本结构如图11所示,除了CortexM0处理器核之外,还包括NVIC、总线矩阵、唤醒中断控制器(WakeupInterruptController,WIC)、调试部件、调试访问接口(DebugAccessPort,DAP).
其中,WIC、调试部件及DAP是可选部件.
下面将分别对这些部件做简要介绍.
1)CortexM0处理器核处理器核CoretxM0Core是CortexM系列中最低端的结构,主要特点有:使用ARMv6MThumb指令集;采用Thumb2指令集;采用vonNeumann结构;三段流水线;可选ARMv6M兼容24位系统定时器;CortexM0处理器简介·3·图11ARMCortexM0处理器基本结构带32位硬件乘法器,有单周期或者32周期两种可选;支持小端访问和字节不变的大端访问;有Handler和Thread两种操作模式;支持随眠和深度睡眠两种低功耗模式;CortexM0核内部包含13个通用32位寄存器R0~R12、2个堆栈指针寄存器SP、链接寄存器LR、程序计数寄存器PC和程序状态寄存器PSR.
2)NVICNVIC是CortexM0实现快速中断处理的关键部件,主要特点有:可选1、2、4、8、16、24、32个外部中断,有4个优先级;有一个不可屏蔽中断NMI;支持电平触发和边沿触发中断;采用硬件实现寄存器堆栈、尾链、抢占、迟到等技术,降低中断处理延时;可选WIC,支持超级功耗随眠模式.
3)调试部件及调试访问接口调试部件是可选的,主要特点有:0~4个硬件断点;0~2个硬件观测点;如果至少有一个硬件数据观测点,则可使用程序计数采样寄存器(ProgramCounterSamplingRegister,PCSR)进行非打扰的代码性能分析;具有单步和向量捕捉能力;使用BKPT指令,支持无限量的软件断点;可非打扰地访问核外设、通过总线矩阵连接的零等待系统从设备,即使在处理器运行时,调试器也可以访问这些设备和内存;基于MDK的LPC1100处理器开发应用·4·当处理器挂起时,可以完全访问所有核内寄存器;调试访问接口DAP可以选择支持JTAG或SW调试端口.
4)总线矩阵一个32位的AMBA3AHB的总线矩阵,将所有系统外设和内存连接在一起;为DAP提供一个32位的从端口.
5)WICWIC是一个可选设备,可检测中断以将处理器从深度睡眠模式中唤醒.
WIC不可编程设置,它完全通过硬件信号操作.
当系统控制寄存器SCR的DEEPSLEEP位为1时,WIC工作.
1.
3LPC1100系列处理器2009年11月,NXP公司推出了基于ARMCortexM0的LPC1100系列MCU.
LPC1100以每秒4500多万条指令的性能让8位(每秒不到100万条指令)及16位(每秒300万~500万条指令)MCU相形见绌;它不仅能执行基本的控制任务,还能进行繁锁的运算.
在高执行效率的同时,还实现了低功耗,目前LPC1100频率为50MHz,其平均电流不到10mA.
2010年,第一批面市的LPC1100处理器是LPC1110系列,有4种产品,能满足所有那些寻求用可扩展ARM架构来进行整个产品开发过程的8/16位用户,满足其产品开发无缝整合需求.
在未来,NXP还将会推出具有各种特色LPC1100处理器系列,如带USB接口的、带CAN接口的、带高精度时钟的、带高精度ADC的、带大容量片上Flash、超小封装的各种系列.
本节介绍LPC1110MCU的性能特点、产品系列、基本结构和开发工具.
1.
3.
1LPC1110处理器的性能特点LPC1110处理器的基本功能特性如下:ARMCortexM0处理器,工作频率高达50MHz.
片上Flash分别为:32KB(LPC1114)、24KB(LPC1113)、16KB(LPC1112)或8KB(LPC1111).
片上SRAM高达8KB.
可通过片上引导(bootloader)软件实现现场编程(ISP)和在线编程(IAP).
串行接口:———UART:带分数波特率发生器、内部FIFO,支持RS485/EIA485总线和mo-dem控制.
———SPI:最多可有两个具有SSP特性的、带FIFO的SPI控制器(第二个SPI只在CortexM0处理器简介·5·LQFP48和PLCC44封装中存在),能兼容多种协议.
I2C:支持全速I2C总线规格和增强快速模式(速率可达到1Mbit/s,具有多地址识别监听模式).
其他外设:———多达42个带有可配置上拉/下拉电阻的GPIO引脚.
———每个引脚有大电流(20mA)驱动输出.
———两个I2C总线引脚在增强快速模式时,为大电流灌入驱动(20mA).
———4个通用定时器/计数器(共4个捕获输入和13个比较输出).
———看门狗定时器(WDT).
———系统嘀嗒定时器.
串行线调试(SWD).
集成PMU(功耗管理单元),可自动调整其内部电压调节器,以最小化睡眠、深度睡眠和深度掉电模式期间的功耗.
3种省电模式:睡眠、深度睡眠和深度掉电.
单-3.
3V供电(1.
8~3.
6V).
8通道10位ADC.
GPIO引脚可以用作对边沿和电平敏感的中断源.
带分频器的时钟输出功能可以反映主振荡器时钟IRC时钟、CPU时钟和看门狗时钟的状态.
多达13个功能引脚可通过一个专门的启动逻辑来将处理器从深度睡眠模式中唤醒.