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| 內容簡介： |
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本书围绕SDK的开发展开，通过分析MCU内核与外设工作原理，结合API介绍各个外设的编程和应用。希望通过本书，使传统单片机工程师面向寄存器的开发思维得到一些转变，能够尝试运用成熟的软件框架来高效地完成应用开发。本书可供具有一定C语言知识和硬件基础的嵌入式系统工程师使用，同时也可以作为高等院校电子信息工程相关专业的教学参考书。
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| 關於作者： |
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工业和信息化部人才交流中心（以下简称中心）创建于1985年1月，1992年10月成为独立事业法人单位，工业和信息化部所属的党政机关一类事业单位正局级，是经中央机构编制委员会办公室批准，国家事业单位登记管理局注册登记，是工业和信息化部在人才培养、人才交流、智力引进、国际交流、会议展览等方面的支撑机构；也是人力资源和社会保障部、工业和信息化部全国信息专业技术人才知识更新工程及信息化工程师项目实施承办单位。
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| 目錄：
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目录
第1章微控制器开发基础001
1.1微控制器的发展与趋势002
1.2ARM Cortex-M微控制器内核006
1.2.1ARM与Cortex处理器的发展006
1.2.2Cortex-M家族成员007
1.2.3Cortex-M内核技术特点与优势010
1.3CMSIS微控制器外设库014
1.4Cortex-M集成开发环境和调试工具018
1.4.1集成开发环境018
1.4.2调试工具019
1.5恩智浦LPC5411X系列低功耗通用微控制器021
1.5.1家族成员与功能概要021
1.5.2系统框图与内存映射023
1.5.3评估板与扩展板介绍024
1.6小结025
第2章MCUXpresso软件与工具开发套件027
2.1MCUXpresso IDE集成开发环境028
2.1.1MCUXpresso IDE的主要特性029
2.1.2安装MCUXpresso IDE029
2.1.3初识MCUXpresso IDE031
2.2MCUXpresso Config Tools配置工具033
2.2.1SDK生成器工具033
2.2.2Pins Tool引脚分配工具036
2.2.3Clocks Tool时钟配置工具037
2.3MCUXpresso SDK软件开发套件038
2.3.1架构分析038
2.3.2文件目录040
2.3.3外设驱动命名与依赖041
2.3.4外设驱动API043
2.4实例：Hello world052
2.5小结058
第3章微控制器的启动过程059
3.1上电启动后硬件自动执行的操作序列061
3.2从复位中断向量进入C程序的世界062
3.2.1复位中断函数概述062
3.2.2详解LPC54114的启动代码064
3.3LPC54114的BootLoader075
3.3.1BootLoader概述075
3.3.2BootLoader在LPC54114上的应用076
3.4小结081
第4章时钟子系统与管理083
4.1LPC54114的片上时钟系统084
4.1.1时钟源085
4.1.2上电后默认情况下的时钟系统086
4.1.3使用PLL获取更高频率的时钟信号087
4.2MCUXpresso SDK时钟管理API090
4.2.1常用时钟管理API090
4.2.2MCUXpresso SDK应用程序中配置时钟的典型框架094
4.3MCUXpresso时钟配置工具Clock Tool简介095
4.3.1概述095
4.3.2在Clock Tool中创建LPC54114Xpresso板配置工程097
4.4实例：使用PLL倍频输出产生系统时钟102
4.5小结106
第5章IO子系统与中断107
5.1IO子系统的相关硬件模块108
5.1.1IOCON IO引脚配置模块108
5.1.2GPIO通用输入输出模块109
5.1.3PINT 引脚中断模块110
5.1.4INPUT MUX 输入复用器110
5.2MCUXpresso SDK中的GPIO与PINT驱动111
5.2.1GPIO驱动API112
5.2.2PINT驱动API113
5.3MCUXpresso时钟配置工具Pin Tool应用116
5.3.1概述116
5.3.2在MCUXpresso SDK工程中用Pin Tool分配引脚功能117
5.4实例：通过按键控制LED121
5.5小结125
第6章DMA原理与应用127
6.1DMA控制器概述128
6.2DMA特性和内部框图128
6.2.1LPC5411x DMA特性128
6.2.2DMA内部框图129
6.3DMA 外部引脚描述130
6.4DMA的几个概念和功能说明131
6.4.1DMA的工作原理131
6.4.2DMA请求和触发131
6.4.3DMA传输描述符134
6.4.4DMA传输模式136
6.4.5DMA低功耗模式139
6.5DMA模块的SDK驱动介绍140
6.6实例：从DMA Memory到Memory的数据传输144
6.6.1环境准备145
6.6.2代码分析145
6.6.3实验现象148
6.7小结149
第7章ADC数模转换器原理与应用151
7.1逐次逼近型ADC工作原理和过程153
7.2ADC数模转换器常用性能指标154
7.3ADC特性和内部框图155
7.3.1ADC特性155
7.3.2ADC内部框图156
7.4ADC外部引脚描述156
7.5ADC功能说明157
7.5.1ADC时钟157
7.5.2转换序列158
7.5.3触发转换159
7.5.4转换模式159
7.5.5转换输出160
7.5.6偏移误差校准161
7.6ADC模块的SDK驱动介绍161
7.7实例：使用ADC测量内部温度164
7.7.1环境准备164
7.7.2代码分析165
7.7.3现象描述170
7.8小结171
第8章USART异步串行通信接口原理与应用173
8.1USART控制器概述174
8.2USART模块特性和内部框图175
8.2.1LPC5411x USART特性175
8.2.2LPC5411x USART内部框图176
8.3Flexcomm接口概述176
8.3.1Flexcomm功能说明177
8.3.2Flexcomm内部框图177
8.4USART外部引脚描述178
8.4.1USART模块引脚功能定义178
8.4.2USART引脚配置说明179
8.5USART基本功能说明179
8.5.1USART模块初始化180
8.5.2USART的时钟源与波特率配置180
8.5.3收发控制182
8.5.4低功耗模式下USART的唤醒182
8.6USART模块的SDK驱动介绍183
8.7USART数据收发189
8.7.1环境准备190
8.7.2代码分析191
8.7.3现象描述195
8.8小结195
第9章SPI同步串行通信接口原理与应用197
9.1SPI控制器概述198
9.2SPI特性和内部框图198
9.2.1LPC5411x SPI特性198
9.2.2SPI内部框图199
9.3SPI 外部引脚描述200
9.4SPI功能说明201
9.4.1SPI工作模式201
9.4.2SPI时钟源和数据传输速率203
9.4.3超出16位的数据传输204
9.4.4低功耗模式下SPI唤醒205
9.4.5SPI数据帧延迟205
9.5SPI模块的SDK驱动介绍208
9.6实例：SPI读写外部Flash214
9.6.1实验目的和环境准备215
9.6.2代码分析216
9.6.3实验现象224
9.7小结225
第10章I2C总线接口与应用227
10.1I2C控制器概述228
10.2I2C特性和内部框图229
10.2.1LPC5411x I2C特性229
10.2.2I2C内部框图229
10.3I2C外部引脚描述230
10.4I2C功能说明232
10.4.1I2C协议简介232
10.4.2I2C总线速率和时钟延伸233
10.4.3I2C的寻址方式和低功耗唤醒235
10.4.4I2C的死锁和超时机制238
10.5I2C模块的SDK驱动241
10.6实例：I2C中断方式实现数据收发249
10.6.1实验目的和硬件电路设计249
10.6.2实例软件设计250
10.6.3main文件251
10.6.4现象描述255
10.7小结255
第11章I2S总线协议与应用257
11.1I2S总线协议简介258
11.2I2S特性和内部框图260
11.2.1I2S特性260
11.2.2I2S内部框图261
11.3I2S外部引脚描述262
11.4I2S功能说明262
11.4.1I2S时钟263
11.4.2数据速率263
11.4.3数据帧格式和模式264
11.4.4FIFO缓冲区的使用方法266
11.5I2S模块的SDK驱动介绍267
11.6实例：使用I2S中断方式传输播放音频271
11.6.1环境准备271
11.6.2代码分析272
11.6.3现象描述276
11.7小结277
第12章FlashlAP在应用编程模块的应用279
12.1IAP在应用编程的通用基础知识280
12.2IAP命令执行详解280
12.3IAP模块的SDK驱动介绍283
12.4使用IAP驱动读写内部Flash284
12.4.1环境准备284
12.4.2代码分析284
12.4.3现象描述287
12.5小结287
第13章FreeRTOS实时多任务操作系统原理与应用289
13.1嵌入式操作系统综述290
13.1.1裸跑与使用操作系统的对比290
13.1.2嵌入式操作系统基本概念291
13.2FreeRTOS实时多任务操作系统介绍294
13.2.1FreeRTOS实时多任务操作系统特色294
13.2.2FreeRTOS基本功能解读295
13.2.3FreeRTOS的软件授权298
13.3FreeRTOS的底层结构与ARM平台的移植298
13.3.1FreeRTOS源码结构分析299
13.3.2内核配置头文件301
13.3.3移植宏定义文件302
13.3.4ARM平台的移植实现304
13.3.5tick定时器fsl_tickless相关内容说明308
13.3.6portasm.s汇编310
13.4MCUXpresso SDK中基于FreeRTOS的外设驱动310
13.4.1具有操作系统功能的驱动介绍310
13.4.2FreeRTOS下的USART发送与接收312
13.5LPC5411x SDK中的FreeRTOS例程分析315
13.5.1环境准备315
13.5.2Main函数分析315
13.5.3FreeRTOS的多任务代码分析317
13.5.4操作系统环境的调试与实验说明320
13.6小结321
第14章异构双核处理器框架与应用323
14.1多处理器计算324
14.2异构双核325
14.2.1双核总线架构325
14.2.2内核管理326
14.2.3内核间通信327
14.2.4双核程序布局327
14.3双核应用分析329
14.3.1基于双核的安全启动329
14.3.2运用双核进行显示后处理330
14.4多处理器系统服务框架331
14.4.1多核管理模块（mcmgr）331
14.4.2轻型远端处理器通信框架（RPMsg-Lite）335
14.4.3嵌入式远程过程调用（eRPC）337
14.5双核应用开发339
14.5.1工程配置339
14.5.2预定义宏340
14.5.3双核启动341
14.6实例：双核远程过程调用346
14.6.1环境准备346
14.6.2代码分析347
14.6.3实验结果349
14.7小结351
第15章微控制器低功耗设计353
15.1系统能耗分析355
15.1.1动态功耗分析356
15.1.2动态功耗指标357
15.1.3静态功耗分析360
15.1.4静态功耗指标362
15.1.5休眠和唤醒363
15.1.6系统能耗估算363
15.2微控制器低功耗特性365
15.2.1系统模块电压调节365
15.2.2数字外设时钟控制366
15.3微控制器低功耗应用设计方法366
15.3.1硬件设计366
15.3.2软件设计367
15.4MCUXPRESSO SDK功耗管理库374
15.5小结376
第16章基于LPC54114和SDK的可穿戴设备原型设计379
16
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| 內容試閱：
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序一
中国经济已经由高速增长阶段转向高质量发展阶段，正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期。习近平总书记在党的十九大报告中明确指出，要坚持新发展理念，主动参与和推动经济全球化进程，发展更高层次的开放型经济，不断壮大我国的经济实力和综合国力。
对于我国的集成电路产业来说，当前正是一个实现产业跨越式发展的重要战略机遇期，前景十分光明，挑战也十分严峻。在政策层面，2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》发布，提出到2030年产业链主要环节达到国际先进水平，实现跨越发展的发展目标；2015年，国务院提出中国制造2025，将集成电路产业列为重点领域突破发展首位；2016年，国务院颁布《十三五国家信息化规划》，提出构建现代信息技术和产业生态体系，推进核心技术超越工程，其中集成电路被放在了首位。在技术层面，目前全球集成电路产业已进入重大调整变革期，中国集成电路技术创新能力和中高端芯片供给水平正在提升，中国企业设计、封测水平正在加快迈向第一阵营。在应用层面，5G移动通信、物联网、人工智能等技术逐步成熟，各类智能终端、物联网、汽车电子及工业控制领域的需求将推动集成电路的稳步增长，因此集成电路产业将成为这些产品创新发展的战略制高点。
展望十三五，中国集成电路产业必将迎来重大发展，特别是党的十九大提出要加快建设制造强国，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合等新的要求，给集成电路发展开拓了新的发展空间，使得集成电路产业由技术驱动模式转化为需求和效率优先模式。在这样的大背景下，通过高层次的全球合作来促进我国国内集成电路产业的崛起，将成为我们发展集成电路的一个重要抓手。
在推进集成电路产业发展的过程中，建立创新体系、构建产业竞争力，最终都要落实在人才上。人才培养是集成电路产业发展的一个核心组成部分，我们的政府、企业、科研和出版单位对此都承担着重要的责任和义务。所以我们非常支持工业和信息化部人才交流中心、恩智浦（中国）管理有限公司、电子工业出版社共同组织出版这套物联网与人工智能应用开发丛书。这套丛书集中了众多一线工程师和技术人员的集体智慧和经验，并且经过了行业专家学者的反复论证。我希望广大读者可以将这套丛书作为日常工作中的一套工具书，指导应用开发工作，还能够以这套丛书为基础，从应用角度对我们未来产业的发展进行探索，并与中国的发展特色紧密结合，服务中国集成电路产业的转型升级。
刁石京 工业和信息化部电子信息司司长
2018年1月
序二
随着摩尔定律逐步逼近极限，以及云计算、大数据、物联网、人工智能、5G等新兴应用领域的兴起，细分领域竞争格局加快重塑，围绕资金、技术、产品、人才等全方位的竞争加剧，当前全球集成电路产业进入了发展的重大转型期和变革期。
自2014年《国家集成电路产业发展推进纲要》发布以来，随着中国制造2025互联网 、大数据等国家战略的深入推进，国内集成电路市场需求规模进一步扩大，产业发展空间进一步增大，发展环境进一步优化。在市场需求拉动和国家相关政策的支持下，我国集成电路产业继续保持平稳快速、稳中有进的发展态势，产业规模稳步增长，技术水平持续提升，资本运作渐趋活跃，国际合作层次不断提升。
集成电路产业是一个高度全球化的产业，发展集成电路需要强调自主创新，也要强调开放与国际合作，中国不可能关起门来发展集成电路。
集成电路产业的发展需要知识的不断更新。这一点随着云计算、大数据、物联网、人工智能、5G等新业务、新平台的不断出现，已经显得越来越重要、越来越迫切。由工业和信息化部人才交流中心、恩智浦（中国）管理有限公司与电子工业出版社共同组织编写的物联网与人工智能应用开发丛书，是我们产业开展国际知识交流与合作的一次有益尝试。我们希望看到更多国内外企业持续为我国集成电路产业的人才培养和知识更新提供有效的支撑，通过各方的共同努力，真正实现中国集成电路产业的跨越式发展。
丁文武
2018年1月
序三
尽管有些人认为全球集成电路产业已经迈入成熟期，但随着新兴产业的崛起，集成电路技术还将继续演进，并长期扮演核心关键角色。事实上，到现在为止还没有出现集成电路的替代技术。
中国已经成为全球最大的集成电路市场，产业布局基本合理，各领域进步明显。2016年，中国集成电路产业出现了三个里程碑事件：第一，中国集成电路产业第一次出现制造、设计、封测三个领域销售规模均超过1000亿元，改变了多年来始终封测领头，设计和制造跟随的局面；第二，设计业超过封测业成为集成电路产业最大的组成部分，这是中国集成电路产业向好发展的重要信号；第三，中国集成电路制造业增速首次超过设计业和封测业，达到最快。随着中国经济的增长，中国集成电路产业的发展也将继续保持良好态势。未来中国将保持世界电子产品生产大国的地位，对集成电路的需求还会维持在高位。与此同时，我们也必须认识到，国内集成电路的自给率不高，在很长一段时间内对外依存度会停留在较高水平。
我们要充分利用当前物联网、人工智能、大数据、云计算加速发展的契机，实现我国集成电路产业的跨越式发展，一是要对自己的发展有清醒的认识；二是要保持足够的定力，不忘初心、下定决心；三是要紧紧围绕产品，以产品为中心，高端通用芯片必须面向主战场。
产业要发展，人才是决定性因素。目前我国集成电路产业的人才情况不容乐观，人才缺口很大，人才数量和质量均需大幅度提升。与市场、资本相比，人才的缺失是中国集成电路产业面临的最大变量。人才的成长来自知识的更新和经验的积累。我国一直强调产学研结合、全价值链推动产业发展，加强企业、研究机构、学校之间的交流合作，对于集成电路产业的人才培养和知识更新有非常正面的促进作用。由工业和信息化部人才交流中心、恩智浦（中国）管理有限公司与电子工业出版社共同组织编写的这套物联网与人工智能应用开发丛书，内容涉及安全应用与微控制器固件开发、电机控制与USB技术应用、车联网与电动汽车电池管理、汽车控制技术应用等物联网与人工智能应用开发的多个方面，对于专业技术人员的实际工作具有很强的指导价值。我对参与丛书编写的专家、学者和工程师们表示感谢，并衷心希望能够有越来越多的国际优秀企业参与到我国集成电路产业发展的大潮中来，实现全球技术与经验和中国市场需求的融合，支持我国产业的长期可持续发展。
魏少军 教授
清华大学微电子所所长
2018年1月
序四
千里之行 始于足下
人工智能与物联网、大数据的完美结合，正在成为未来十年新一轮科技与产业革命的主旋律。随之而来的各个行业对计算、控制、连接、存储及安全功能的强劲需求，也再次把半导体集成电路产业推向了中国乃至全球经济的风口浪尖。
历次产业革命所带来的冲击往往是颠覆性的改变。当我们正为目不暇接的电子信息技术创新的风起云涌而喝彩，为庞大的产业资金在政府和金融机构的热推下，正以前所未有的规模和速度投入集成电路行业而惊叹的同时，不少业界有识之士已经敏锐地意识到，构成并驱动即将到来的智能化社会的每一个电子系统、功能模块、底层软件乃至检测技术都面临着巨大的量变与质变。毫无疑问，一个以集成电路和相应软件为核心的电子信息系统的深度而全面的更新换代浪潮正在向我们走来。
如此的产业巨变不仅引发了人工智能在不远的将来是否会取代人类工作的思考，更加现实而且紧迫的问题在于，我们每一个人的知识结构和理解能力能否跟得上这一轮技术革新的发展步伐？内容及架构更新相对缓慢的传统教材以及漫无边际的网络资料，是否足以为我们及时勾勒出物联网与人工智能应用的重点要素？在如今仅凭独到的商业模式和靠免费获取的流量，就可以瞬间增加企业市值的IT盛宴里，我们的工程师们需要静下心来思考在哪些方面练好基本功，才能在未来翻天覆地般的技术变革时代立于不败之地。
带着这些问题，我们在政府和国内众多知名院校的热心支持与合作下，精心选题，推敲琢磨，策划了这一套以物联网与人工智能的开发实践为主线，以集成电路核心器件及相应软件开发的最新应用为基础的科技系列丛书，以期对在人工智能新时代所面对的一些重要技术课题提出抛砖引玉式的线索和思路。
本套丛书的准备工作始终得到了工业和信息化部电子信息司刁石京司长，国家集成电路产业投资基金股份有限公司丁文武总裁，清华大学微电子所所长魏少军教授，工业和信息化部人才交流中心王希征主任、李宁副主任，电子工业出版社党委书记、社长王传臣的肯定与支持，恩智浦半导体的任霞女士、张伊雯女士、陈劼女士，以及恩智浦半导体各个产品技术部门的技术专家们为丛书的编写组织工作付出了大量的心血，电子工业出版社的董亚峰先生、徐蔷薇女士为丛书的编辑出版做了精心的规划。著书育人，功在后世，借此机会表示衷心的感谢。
未来已来，新一代产业革命的大趋势把我们推上了又一程充满精彩和想象空间的科技之旅。在憧憬人工智能和物联网即将给整个人类社会带来的无限机遇和美好前景的同时，打好基础，不忘初心，用知识充实脚下的每一步，又何尝不是一个主动迎接未来的良好途径？
郑力
写于2018年拉斯维加斯CES科技展会现场
前言
在万物互联的时代，物联网和传感器网络所产生的海量数据，可为人工智能的大脑做出准确的决策提供重要依据。在医疗、工业和教育等各行各业产生巨大变革的当今时代，人工智能和物联网这两个领域的技术碰撞出的能量，将改变人类的生活方式。对嵌入式开发者而言，要抓住变化带来的机遇，既要修炼好内功，熟练掌握微控制器、软件和算法，同时也要补充好网络、存储和云计算等相关知识，这样的挑战是前所未有的。采用新的方法学和有效的工具来提高学习和开发效率，是物联网时代嵌入式开发的必经之路。
长期以来，单片机工程师们为使用寄存器编程，或是调用库函数编程，哪一种方法更好而争论不休，各持己见。笔者于2005年开始接触嵌入式开发，十余年的学习和工作期间，先后经历了以上两种开发模式，对这
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