基于ARM7的單片機實現(xiàn)32位系統(tǒng) - 全文

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　　意法半導體發(fā)布了一個以ARM7核心為基礎的STR7單片機系列。STR7單片機內置閃存存儲器以支持片內的程序運行。ST提供多種開發(fā)支持，如評估板和應用筆記。本文介紹了STR7系列單片機的特性和應用。

　　隨著全球化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展與深入，終端產(chǎn)品功能的多樣化，8位或8051的工程師在設計工業(yè)控制器和模塊時，越來越需要復雜的以RISC(精簡指令系統(tǒng))為基礎的微處理器。由于有機能源的短缺和全球氣候變暖，對電子設備能耗的要求越來越高。意法半導體的STR7系列單片機內置閃存存儲器，寄存器以一種很簡單的方式排列。STR7可以很方便地連接各種外部設備。ST提供豐富的應用筆記和例行程序，有效地降低了應用和學習的入門門檻。目前意法半導體提供三種評估板，STR710、STR720和STR730。

　　圖1. 評估板

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　　有效地用好用熟一款單片機，最大限度地發(fā)揮硬件的效能是每一個工程師的目標;首次接觸ARM的系統(tǒng)，要想達到上述目標，對于一個用慣8位或16位單片機的工程師來說，最簡單及最有效的方法就是以較短的時間快速地瀏覽和學習，然后迅速地進入一個設計項目，在工作中邊干邊學。STR7是一款以AR

　　M7TDMI為核心的通用單片機，它擁有復雜的內部結構，包含豐富的外設和復用的I/O端口，所有的片上外設都有對應的寄存器控制。學好用好單片機，首先就是要熟練地掌握各種寄存器所控制的功能和它們的用法。有效地用好單片機的另個重要的問題是代碼執(zhí)行的效率，ARM7TDMI核心是RISC的結構，"C"語言是最常用的編程工具，因此代碼的執(zhí)行效率與編譯器的效率密切相關，目前市面上所有支持ARM7的C語言編譯器都可用于STR7系列單片機，常見的編譯器有ARM公司的RealView和ADS、IAR公司的編譯器、KEIL公司的編譯器和在開放軟件協(xié)議框架下的GCC編譯器。

　　STR7系列特性

　　STR7系列單片機有三個子系列，即STR710、STR720和STR730。以下是他們的共同特性，表一和表二列出了STR710和STR720系列的主要參數(shù)。

　　- 操作溫度范圍是-40℃到80℃。所以STR7單片機適合于設計工業(yè)應用器材、需要戶外使用的產(chǎn)品以及需要苛刻工作環(huán)境的產(chǎn)品。

　　- 盡管擁有外部存儲器接口(EMI)，許多單片機還內嵌了80K字節(jié)至272K字節(jié)不等的閃存存儲器，每款STR710系列的單片機更另外內嵌16K字節(jié)的閃存存儲器作為額外的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。閃存存儲器可擦寫10萬次，數(shù)據(jù)可保存20年。

　　- STR710和STR720系列單片機工作于3至3.6伏電壓，STR730系列單片機工作于4.5至5.5伏電壓;內置的電壓轉換器產(chǎn)生ARM7核心所需的1.8伏電壓，省卻了外接的電壓轉換器。

　　- 電源供電管腳、A/D采樣的參考電壓和I/O管腳的供電均是獨立的輸入端;這一特性使得產(chǎn)品的電源設計更加方便和靈活，為產(chǎn)品設計的多樣性提供了方便，也有利于有效地處理電源的干擾問題。

　　- 在不同的STR7產(chǎn)品上分別配置了USB(2.0全速)或CAN總線接口，這兩種串行通信接口已經(jīng)非常廣泛地應用在許多工業(yè)及汽車領域。

　　- 與其他ARM7的產(chǎn)品不同，STR7單片機配備了HDLC(高級數(shù)據(jù)鏈路控制)，這個串行通信協(xié)議廣泛地應用于儀器設備的互連接口。

　　- STR7單片機擁有多達4個UART接口。

　　- 通用輸入輸出端口(GPIO)可由寄存器的設置配置成多種不同的電氣特性：推拉輸出、內置上拉輸入、開路輸出、TTL輸入、中斷觸發(fā)輸入、模擬輸入等。

　　- 六種電源功耗模式提供了多種優(yōu)化能耗的手段和可能，這六種電源功耗模式為：全速、慢速、等待與低功耗等待、暫停和停止。

　　- 所有STR7單片機都有獨立的JTAG調試接口，這個接口與所有的ARM產(chǎn)品的JTAG接口兼容，用戶可以使用任何的ARM工具調試開發(fā)任一款STR7的產(chǎn)品。

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　　表 1. STR710產(chǎn)品和特性

　　STR7的應用

　　- 配備ARM7核心的單片機擁有相同的指令運行平臺，但不同的產(chǎn)品間仍有很大的差別;因此，應用工程師必須詳細了解具體產(chǎn)品的存儲器映像、各種內置外設的操作與特性，更重要的是各個寄存器的構造和控制細節(jié)。在STR7中，所有的內置外設都聯(lián)結在高速外設總線(APB)上，每一種外設的控制寄存器被有效地分配在一個4K字節(jié)的地址空間內，所有外設的4K字節(jié)寄存器映像空間是按照一個特定的順序排列在制定的尋址范圍中。熟悉8位或16位單片機的工程師會發(fā)現(xiàn)，掌握STR7的技術難度相對較低，通常一個熟練的工程師只需二至三個月的時間即可有效地使用STR7進行產(chǎn)品設計。

　　圖 2. STR710的尋址空間分布

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　　- 為簡化用戶的開發(fā)工作，意法半導體開發(fā)了71xLibraryR.lib和71xLibraryD.lib 程序庫，它們集成了對STR710系列中各種外設的操作功能;使用STR710系列設計產(chǎn)品的工程師只要掌握相應的應用程序界面，即可方便地操作和使用各種STR7的外設，有效地縮短了客戶的設計開發(fā)周期。上述程序庫是以KEIL公司的C編譯器生成，可以在常用的ADS軟件環(huán)境下仿真調試。在提供編譯連接好的程序庫的同時，意法半導體還同時提供相應的C源程序，應用工程師可以經(jīng)過略加修改，將需要的庫函數(shù)包含在它自己的程序中，或使用其他的C編譯器環(huán)境。

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　　圖3. 在KEIL的ARM開發(fā)環(huán)境下使用STR71x LIB

　　- 用STR7單片機設計固件程序，設計工程師首先需要合理地安排外設的使用和輸入輸出端口的分配，然后對各種配置寄存器進行編程。在確定了硬件環(huán)境的基礎后，軟件算法的實現(xiàn)將是主要的設計工作;KEIL的ARM開發(fā)環(huán)境中集成了一個STR7仿真器，可以用來有效地執(zhí)行和調試STR7的軟件算法。KEIL的ARM仿真器與KEIL的8051仿真器十分相似，熟悉805

　　1開發(fā)環(huán)境的工程師可以很快地掌握ARM的開發(fā)環(huán)境。這個開發(fā)環(huán)境及其仿真器是在Windows下的軟件，可以獨立于硬件仿真環(huán)境之外運行，因此固件程序的開發(fā)調試工作可以與硬件目標板的開發(fā)工作同步進行，這將有效地縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。另外，在8051開發(fā)方面領先的IAR公司，也提供支持STR7的編譯器和調試環(huán)境。

　　- 將仿真和調試環(huán)境與STR7的結構和程序庫緊密地結合起來，為工程師的調試尤其是初學者的學習提供了極大的便利。在KEIL的操作界面上，使用者可以清楚地看到STR7的結構，包括存儲器的映像、寄存器的分配、外設的排列、外設寄存器的定義、中斷的優(yōu)先級管理等，涉及幾乎所有STR7的內部器件。

　　圖 4. 在KEIL的開發(fā)環(huán)境下所看到的STR7

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　　- KEIL的開發(fā)環(huán)境是一個設計友好的圖形界面，使用STR7的評估板和KEIL提供的JTAG硬件仿真器ULINK，工程師可以實時地察看外設寄存器和存儲器的內容以及中斷響應的情況，還能夠觀察輸入輸出端口的狀態(tài);更重要的是，在這個環(huán)境下，可以在C源程序的級別設置執(zhí)行斷點設置、單步執(zhí)行、跳躍執(zhí)行或連續(xù)執(zhí)行等多種程序調試的操作。同時，KEIL開發(fā)環(huán)境可以直接執(zhí)行對STR7內部閃存的燒錄。

　　圖5. STR710評估板與KEIL的ULINK硬件仿真器的連接示意

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　　- STR720系列單片機內置存儲器管理單元(MMU)，為使用先進的RTOS(實時操作系統(tǒng))提供了極大的便利，因此STR720適用于使用一些商用的操作系統(tǒng)。在沒有MMU的STR710和STR730系列單片機中，可以采用KEIL的RTOS核心ARTX而不用額外支付操作系統(tǒng)的開發(fā)費用。KEIL還提供了以太網(wǎng)、PPP/SLIP、UDP和TCP/IP協(xié)議的程序庫。