《ARM与FPGA综合设计及应用》分为ARM嵌入式系统设计、FPGA嵌入式设计以及ARM与FPGA综合设计在工业控制中的应
　　用三个部分。其中，第一部分主要讲解AT91SAM7S系列ARM处理器的硬件设计与软件编程方法，第二部分主要讲解Cyclone系列FPGA可编程逻辑器件的硬件设计与软件编程方法，第三部分主要介绍ARM与上位机的连接、ARM与短信模块的接口与应用、ARM与FPGA综合设计在自动供水系统中的应用以及ARM与FPGA综合设计在真空干燥系统中的应用。此外，本书还配有一张光盘，内含部分章节的源程序以及视频教程。
　　本书语言通俗易懂，讲解深入浅出，适合于从事ARM、FPGA开发的初中级人员使用，也可作为各高等院校单片机、嵌入式系统课程的教材和参考书。

　　嵌入式系统概要
　　1．1  嵌入式系统概要
　　嵌入式系统（Embedded System）就是可以嵌入到其他系统中的微处理器应用系统。在组成上，嵌入式系统以微处理器及软件为核心部件，这两者缺一不可。在特征上，嵌入式系统具有方便、灵活地嵌入到其他应用系统的特征，即具有很强的可嵌入性。嵌入式系统本身是一个可独立执行的系统，但更重要的是它可作为一个部件嵌入到其他应用系统之中。
　　按嵌入式微处理器类型分，嵌入式系统可分为以单片机为核心组成的嵌入式单片机系统，以工业计算机板为核心组成的嵌入式计算机系统，以DSP为核心组成的嵌入式数字信号处理器系统，以FPGA及软CPU（SOPC）为核心组成的嵌入SOPC系统等。
　　由于嵌入式系统的内容很广，在涵义上与传统的单片机系统和计算机系统有很多重叠部分。为了方便区分，在实际应用中通常给嵌入式系统加一些不成文的限定：
　　（1）嵌入式系统的微处理器通常是由32位以及32位以上的RJSC处理器组成，例如ARM、MIPS等。
　　（2）嵌入式系统的软件系统通常是以嵌入式操作系统为核心，外加用户应用程序。
　　（3）嵌入式系统在特征上具有明显的可嵌入性。
　　从狭义上说，嵌入式系统都应该具备上述3个特征。从广义上说，只要具备上述三个特征之中的部分特征，也可以看作是嵌入式系统。
　　嵌入式系统微处理器可以是单片机，也可以是普通的CPU，还可以是DSP、FPGA等。下面分别介绍4／8／16位单片机、32位mSC微处理器、PC用CISC微处理器、DSP以及FPGA等嵌入式系统微处理器的特点以及它们在嵌入式系统中的应用。
　　1．4／8／重6位单片机
　　单片微型计算机（Single—Chip Microcomputer），简称单片机，即将微处理器（CPU）、存储器（存放程序或数据的ROM和RAM）、总线、定时器／计数器、输入／输出接口（UO口）和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。
　　早期的单片机主要是采用CISC结构，内置不可重写的ROM或外置程序存储器，带通用并口和通用串口（通用的同步／异步收发器），例如Intel公司的8031、8051等8位MCS。51系列单片机。目前的单片机许多都采用了RISC结构，内置Flash程序存储器，例如Atmel公司的AVR系列单片机。
　　4／8／16位单片机具有成本低、使用灵活等特点，其中4位单片机以低成本、少引脚等优点而在一些小家电及小玩具之中得到广泛应用。但是，随着8位单片机成本的进一步降低，4位单片机的成本优势已不明显，因此目前4位单片机的市场占有率并不高。
　　8位单片机目前依然是市场上低成本单片机的首选产品，也是学习单片机的入门级产品，虽然它的部分市场份额已被16位／32位单片机取代，但8位单片机具有广泛的开发群体，同时在一些新拓展的领域中也得到了应用，因此目前还不会完全被16位／32位单片机取代。8位单片机种类繁多，例如Imel公司的MCS-5l系列单片机、Atmel公司的AT89／A1’90／AVR系列单片机、飞利浦公司的80（：51系列单片机、台湾义隆公司（EMC）EM78系列单片机、Microchip公司的PIC：单片机系列、台湾Winbond（华邦）的w78系列等。
　　16位单片机凭借其比8位单片机功能强大、比32位单片机成本低的优点，已在仪器仪表、复杂控制以及专用消费电子产品等领域得到了广泛地应用，但由于低端受到8位单片机的挤压，高端又受到32位单片机吞噬，目前持续上升的16位单片机应用势头能保持多久还是个未知数。常见的16位单片机有凌阳公司的SP~：E061单片机、TI公司的MSP430系列16位单片机、亿恒公司的C164（：I位单片机、飞思卡尔的16位单片机、Intel公司的MCS一196系列16位单片机、Mici．ochip公司的dsPIC 16位单片机等。
　　2．32／64位R：ISC单片机
　　通常，嵌入式系统的微处理器都是由32位单片机（32位处理器）组成。常见的32位单片机有ARM、MIPS、PowerPC等。目前，32位单片机市场份额从高到低大致是Amd、MI．PS、MicroSPARC、PowerPC等，其中ARM的市场份额超过80%。
　　MI：PS单片机，即无内部互锁流水级的微处理器（MiCroprocessoi．Without Inter．10cked PipedStages），也是一种RIS（：处理器。它最早于20世纪80年代初期由斯坦福（Stanford）大学｝tennessy教授领导的研究小组研制出来。1984年，MIPS计算机公司成立。1992年，SGI收购了MIPS计算机公司。1998年，MIPS脱离SGI，成立MI．PS技术公司，成为主要设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商。1986年，推出R2000处理器，1988年推出R3000处理器，1991年推出第一款64位商用微处理器R4000．1999年，MIPS公司发布MIPS 32和MIPS 64架构标准。2000年，MIPS公司发布了针对M工PS 32 4Kc的新版本以及未来64位MIPS 64 20Kc处理器内核。
　　中科院计算技术研究所（ICT）设计的龙芯与MIPS64架构兼容，已获MIPS公司授权。龙芯处理器基于先进的64位超标量体系结构，将与MIPS科技公司的MIPS64架构兼容。与MIPS兼容，既可以充分利用MIPS的应用软件和品牌优势，也可以获得MIPS在设计、验证等方面的全面技术支持。龙芯2F将实现64位MIPSIⅡ指令系统兼容。
　　3．32／64位CISC微处理器
　　虽然又ISC处理器优点众多、发展迅速，但它并未能取代CISC微处理器，并且CISC微处理器的发展也并未落后于RISC处理器，在许多场合其运算速度以及成本更优于RISC：处理器。因此，在某些工控领域以及测量领域，基于CISC微处理器的嵌入式工控板依然是高端应用的首选。
　　4．DSP处理器
　　DSP（I）igital Signal nocessing，数字信号处理）处理器是针对快速及大量数据处理的专用处理器，它内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的工）SP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。
　　下面以TMS320V（：5402（以下简称C5402）为例介绍．DSP处理器的一些特点。（25402是德州仪器公司（TI）1999年lO月推出的性价比极高的定点数字信号处理器，其特点如下：
　　（1）操作速率达lOOMIPS。
　　（2）具有先进的多总线结构，三条16位数据存储器总线和一条程序存储器总线。
　　（3）40位算术逻辑单元（ALU），包括一个40位桶形移位器和两个40位累加器。
　　（4）一个17×17乘法器和一个40位专用加法器，允许16位带／不带符号的乘法。
　　（5）整合维特比加速器，用于提高维特比编译码的速度。
　　（6）单周期正规化及指数译码。
　　（7）8个辅助寄存器及一个软件栈，允许使用业界最先进的定点DSP C语言编译器。
　　（8）数据／程序寻址空间1M×16位，  内置4K×16位ROM和16K×16位mM。
　　（9）内置可编程等待状态发生器、锁相环（PLL）时钟产生器、两个多通道缓冲串行口、一个8位并行与外部处理器通信的HPI口、2个16位定时器以及6通道DMA控制器。
　　（10）低功耗，工作电源有3V和1．8V（内核），特别适合电池供电设备。
　　5．FPGA（SOPC，软核CPU）
　　FPGA（FieidProgrammable GateArray）即现场可编程门阵列，最早由Xuinx公司发明。内部由许多LE（Logic：Element陈列排列的）组成，编程多为SRAM工艺，基于查找表（LookUD丁"able）结构，需要外挂配置用的EPR（）M。现在也有内部编程采用Flash工艺的，掉电后无须重新烧录。
　　PLD（Programmable Logic Device）是可编程逻辑器件的总称，早期多采用EEPROM工艺并基于乘积项（Product nm）结构。
　　SOPC（System On Programmable（；hip）即可编程的片上系统，或者说是基于大规模FPGA的单片系统。SOPC的设计技术是现代计算机辅助设计技术、EDA技术和大规模集成电路技术高度发展的产物。SOPC：技术是美国Altrea公司于2000年最早提出的，并同时推出了相应的开发软件Ouartus II。SOPC：是基于FPGA解决方案的SOC，与．ASIC的SOC：解决方案相比，SOPC：系统及其开发技术具有更多的特色。
　　软核CP，即采用软件（软IP核）的方式发行CPU，软IP核通常以可综合的HDL提供，因此具有较高的灵活性，并与具体的实现工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。利用IP核设计电子系统，引用方便，且容易修改基本元件的功能。其主要缺点是缺乏对时序、面积和功耗的预见性。用户只需要拿到软IP核代码，在FPGA上通过配置的方式即可生成一个具体与硬件CPU完全相同的CPU。比较流行的软核CP〔了有A〕tera的Nj0S IⅡ以及Xjlinx公司的MicroBlaze。
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前言
第一部分　ARM嵌入式系统设计
第1章 嵌入式系统概要
1.1 嵌入式系统概要
1.1.1 嵌入式系统简介
1.1.2 嵌入式系统微处理器
1.1.3 嵌入式操作系统
1.1.4 嵌入式系统的应用模式
1.1.5 嵌入式系统选型
1.2 ARM处理器
1.2.1 ARM处理器简介
1.2.2 ARM处理器类型
1.2.2 几种典型的ARM处理器

第2章 ARM7嵌入式系统硬件基础
2.1 AT91SAM7S64微处理器介绍
2.1.1 AT91SAM7S64的特点
2.1.2 AT91SAM7S64内部结构
2.1.3 AT91SAM7S64存储器映射
2.1.4 系统控制器映射
2.1.5 外设映射

2.2 AT91SAM7S64嵌入式系统硬件设计
2.2.1 硬件结构
2.2.2 基本电路

2.3 AT91SAM7S64嵌入式系统外围硬件设计
2.3.1 I／O接口电路
2.3.2 Key接口电路
2.3.3 LED接口电路
2.3.4 USB接口电路
2.3.5 稳压电源电路
2.3.6 模拟信号调理电路
2.3.7 JTAG接口电路
2.3.8 串行EEPROM接口电路
2.3.9 复位与看门狗电路
2.3.10 DEBUG接口／通用串口电路
2.3.11 RS.232转RS-485接口电路

第3章 简单的Key_LED程序设计
3.1 AT91 SAM7S系列ARM处理器通用I／O口的特点与连接
3.2 HelloWodd程序
3.2.1 建立一个简单的HelloWord程序
3.2.2 HelloWorld源程序
3.2.3 程序编译
3.2.4 通过JTAG口烧写Flash
3.2.5 通过USB接口及SAM—BA烧写Flash
3.3 KeE LED程序

3.4 深入分析Key_LED程序
3.4.1 I／O口常用配置与操作函数
3.4.2 常规系统参数设置
3.4.3 系统启动初始化程序
3.4.4 AT91SAM7S64的系统参数及系统函数

3.5 GCC项目编译
3.5.1 make常用命令
3.5.2 makefile文件
3.5.3 Key_LED项目中的makefile文件

3.6 WinARM介绍
3.6.1 WinARM介绍
3.6.2 WinARM提供的常用工具

第4章 Debu9接口及USART通用串口通信
4.1 Debu9口概述
4.2 Debu9口编程
4.2.1 Debu9口初始化
4.2.2 Debu9口发送数据
4.2.3 Debu9口中断响应
4.2.4 软件复位的实现
4.2.5 Debu9口程序代码
4.3 通用串口基础

4.4 通用串口编程
4.4.1 通用串口初始化
4.4.2 通用串口发送数据
……
第5章 中断处理及ADC数模转换
第6章 USB及TWI两线接口
第7章 定时器及PWM脉宽调制
第8章 WINARM C++程序设计

第二部分 FPGA嵌入式设计
第9章 FPGA硬件设计
第10章 FPGA VERILOG HDL编程基础
第11章 FPGA VERILOG HDL编程实例
第12章 FPGA SOPC嵌入式系统开发基础

第三部分 ARM与FPGA综合设计在工业控制中的应用
第13章 ARM与FPGA综合设计
第14章 ARM与上位机的通信
第15章 ARM与短信模块的接口与应用
第16章 ARM在变频器控制中的应用
第17章 ARM与FPGA综合设计在自动供水系统中的应用
第18章 ARM与FPGA综合设计在真空干燥系统中的应用
参考文献