ARM Cortex-M3 Mikrocontroller

1;Cover;1 2;Inhaltsverzeichnis;5 3;Einleitung;15 4;Teil I: Grundlagen;25 4.1;Orientierung;27 4.1.1;1.1 Kommerzielle IDEs;27 4.1.1.1;1.1.1 Keil QVision;28 4.1.1.2;1.1.2 IAR Workbench;28 4.1.1.3;1.1.3 Sourcery Codebench;28 4.1.1.4;1.1.4 Atollic TrueSTUDIO;29 4.1.1.5;1.1.5 CrossWorks for ARM;29 4.1.2;1.2 Herstellergebundene IDEs;30 4.1.2.1;1.2.1 ATMEL Studio 6;30 4.1.2.2;1.2.2 Texas Instruments StellarisWare;30 4.1.2.3;1.2.3 STMicroelectronics STVD;31 4.1.3;1.3 Freie IDEs;31 4.1.3.1;1.3.1 CooCox CoIDE;31 4.1.3.2;1.3.2 NetBeans for C Developers;31 4.1.3.3;1.3.3 Code::Blocks;32 4.1.3.4;1.3.4 emIDE;32 4.1.3.5;1.3.5 Eclipse für C/C++-Entwickler;32 4.1.4;1.4 Vorbereitende Arbeiten;33 4.1.4.1;1.4.1 Hardware;34 4.1.4.2;1.4.2 Software;37 4.2;ARM und CMSIS;53 4.2.1;2.1 Einige Hintergrundinformationen;53 4.2.1.1;2.1.1 Die Firma ARM Holdings PLC;53 4.2.1.2;2.1.2 Das Geschäftsmodell;53 4.2.2;2.2 CMSIS;54 4.2.2.1;2.2.1 Implementierungen;54 4.2.3;2.3 Erzeugung der Bibliotheken;56 4.2.3.1;2.3.1 libboard: Die Bibliothek für das Entwicklungsboard;57 4.2.3.2;2.3.2 libchip: Die Bibliothek für den Mikrocontroller-Chip;62 4.2.4;2.4 Weitere Software installieren;64 4.2.4.1;2.4.1 SAM-BA;64 4.2.4.2;2.4.2 SEGGER J-Link GDB Server via JTAG;67 4.3;Das erste Eclipse-Projekt;71 4.3.1;3.1 Erstellen einer Projektschablone;71 4.3.1.1;3.1.1 Workspace einrichten;72 4.3.1.2;3.1.2 Anlegen eines neuen Projekts;73 4.3.1.3;3.1.3 Projektspezifische Einstellungen;75 4.3.1.4;3.1.4 C/C++ Build: Settings;78 4.3.2;3.2 Weitere erforderliche Dateien;94 4.3.2.1;3.2.1 board_cstartup_gnu.c und syscalls.c;94 4.3.2.2;3.2.2 Linkerscriptdateien;96 4.3.3;3.3 Konfiguration des Debuggers;104 4.3.4;3.4 Fertigstellen des Templates;108 4.3.4.1;3.4.1 Anwendung der Erweiterung;109 4.4;Hello World!;111 4.4.1;4.1 Grundlegende Hinweise;111 4.4.2;4.2 Erstellen des Projekts 04_01_Blinky;112 4.4.2.1;4.2.1 Importieren der Schablone;114 4.4.2.2;4.2.2 Der Sourcecode von Blinky;116 4.4.3;4.3 Blinky im Debugger ausführen;126 4.4.4;4.4 Debug
ging light;132 4.4.4.1;4.4.1 Was Sie benötigen;132 4.4.4.2;4.4.2 Konfiguration der Schnittstelle;133 4.4.4.3;4.4.3 Programm laden und ausführen;133 4.4.4.4;4.4.4 Vorteile und Nachteile dieser Methode;134 5;Teil II: Einfache Grundlagen der Elektronik;137 5.1;Der ATMEL SAM3S4B;139 5.1.1;5.1 Die ATMEL-SAM3S-Familie;140 5.1.1.1;5.1.1 Übersicht;140 5.1.2;5.2 Das Datenblatt DOC 6500;141 5.1.2.1;5.2.1 Der Aufbau von DOC 6500;142 5.1.2.2;5.2.2 Mikrocontroller anderer Hersteller;144 5.1.3;5.3 Elektrische Daten des SAM3S4;145 5.1.3.1;5.3.1 Minimum- und Maximumwerte;146 5.1.3.2;5.3.2 Elektrische Versorgungsspannungen;147 5.1.3.3;5.3.3 Gleichstromwerte;149 5.1.4;5.4 System Controller;152 5.1.5;5.5 CHIP_ID;153 5.1.5.1;5.5.1 Das Projekt 05_01_CHIPID;154 5.1.5.2;5.5.2 Erläuterungen;158 5.1.6;5.6 Weiterführende Literatur;162 5.2;Elektronik;165 5.2.1;6.1 Digitale Ausgänge;165 5.2.1.1;6.1.1 Ports A, B und C im Reset-Zustand;166 5.2.2;6.2 Schalten kleiner Ströme;174 5.2.2.1;6.2.1 Current Sourcing;174 5.2.2.2;6.2.2 Current Sinking;176 5.2.2.3;6.2.3 Dimensionierung bei Current Sourcing und Current Sinking;177 5.2.2.4;6.2.4 Vor- und Nachteile beider Betriebsarten;180 5.2.3;6.3 Schalten größerer Ströme;181 5.2.3.1;6.3.1 Bipolare Transistoren;181 5.2.3.2;6.3.2 Feldeffekt-Transistoren (FETs);190 5.2.3.3;6.3.3 Schalten mit Optokopplern;191 5.2.3.4;6.3.4 Schalten von Leistungstransistoren;192 5.2.3.5;6.3.5 Schalten induktiver Lasten (Relais, Elektromagnete, Motoren);192 5.2.4;6.4 Digitale Eingänge;194 5.2.4.1;6.4.1 Grundlegende Betrachtungen;194 5.2.4.2;6.4.2 Einfachste Form der Beschaltung;194 5.2.4.3;6.4.3 Bessere Form der Beschaltung;195 5.2.4.4;6.4.4 Erfassen größerer Spannungen I;196 5.2.4.5;6.4.5 Erfassen größerer Spannungen II;198 5.2.5;6.5 Allgemeine Anmerkungen;198 5.3;Anwendungen;199 5.3.1;7.1 LC-Displays;199 5.3.1.1;7.1.1 Die Hardware;200 5.3.1.2;7.1.2 Projekt 07_01_LCD;202 5.3.2;7.2 7-Segment-Anzeigen;223 5.3.2.1;7.2.1 Kein Datenblatt verfügbar?;225 5.3.2.2;7.2.2 Eine Möglichkeit
der Ansteuerung;226 6;Teil III: Basiskomponenten;237 6.1;NVIC, PMC, Clock Generator und SUPC;239 6.1.1;8.1 Allgemeines zu Interrupts;239 6.1.1.1;8.1.1 Asynchrone Ereignisse;240 6.1.1.2;8.1.2 Der NVIC Nested Vector Interrupt Controller;240 6.1.1.3;8.1.3 Zuordnung der Interrupt-Quellen;244 6.1.1.4;8.1.4 Tail Chaining;246 6.1.1.5;8.1.5 CMSIS-Funktionen für den NVIC;247 6.1.1.6;8.1.6 (Kein) Beispiel;249 6.1.1.7;8.1.7 Software-Interrupts;251 6.1.1.8;8.1.8 Tipps und Empfehlungen;252 6.1.2;8.2 Der Clock Generator / Taktgenerator;252 6.1.2.1;8.2.1 Funktionen des Clock Generators;252 6.1.3;8.3 Der PMC Power Management Controller;256 6.1.3.1;8.3.1 Aufgaben des PMC;257 6.1.3.2;8.3.2 Die Taktsignale des PMC;257 6.1.3.3;8.3.3 Weitere Informationen zum PMC;259 6.1.3.4;8.3.4 Ausgewählte Register des PMC;260 6.1.4;8.4 Der SUPC Supply Controller;264 6.2;Parallel Input/Output Controller;265 6.2.1;9.1 Port-Register und -Betriebsarten;265 6.2.1.1;9.1.1 PIOA, PIOB und PIOC;266 6.2.1.2;9.1.2 Die Register von PIOA, PIOB und PIOC;269 6.2.2;9.2 Input-Ports in der Praxis;289 6.2.2.1;9.2.1 Das Projekt 09_01_INPUT_SAMPLE;290 6.2.2.2;9.2.2 Das Ergebnis;296 6.3;Timer und Counter, Teil 1;299 6.3.1;10.1 Real-time Timer RTT;300 6.3.1.1;10.1.1 Projekt 10_01_RTT;300 6.3.1.2;10.1.2 Die Register des RTT;313 6.3.2;10.2 RTC Die Echtzeituhr;314 6.3.2.1;10.2.1 Das Projekt 10_02_RTC;315 6.3.2.2;10.2.2 Projekt 10_02_RTC_Advanced;320 6.3.2.3;10.2.3 Die Register der RTC;339 6.3.3;10.3 Der Watchdog-Timer WDT;344 6.3.3.1;10.3.1 Projekt 10_03_WDT;345 6.3.3.2;10.3.2 Register des WDT;352 6.3.4;10.4 Der System-Timer SysTick;353 6.3.4.1;10.4.1 Grundlegende Funktion;353 6.3.4.2;10.4.2 Anwendung von SysTick;354 6.3.4.3;10.4.3 Konfiguration des SysTick;355 6.3.4.4;10.4.4 Register des System-Timers SysTick;356 6.3.4.5;10.4.5 SysTick-Interrupt;358 6.3.5;10.5 Abschlussbetrachtung;358 6.4;Timer und Counter, Teil 2;359 6.4.1;11.1 Timer/Counter, Grundlagen;360 6.4.1.1;11.1.1 Einsatzgebiete von Timern und Countern;360 6.4.1.2;
11.1.2 Grundlegende Betrachtungen;361 6.4.1.3;11.1.3 Triggern der Counter;361 6.4.2;11.2 Timer/Counter programmieren;362 6.4.2.1;11.2.1 PIO-Controller konfigurieren;362 6.4.2.2;11.2.2 PMC konfigurieren;365 6.4.2.3;11.2.3 NVIC konfigurieren;365 6.4.3;11.3 Die Register der Timer/Counter;366 6.4.3.1;11.3.1 TC- und TC-Channel-Register;366 6.4.4;11.4 Projekt 11_01_TIMER_COUNTER;375 6.4.4.1;11.4.1 global.h;375 6.4.4.2;11.4.2 tcWave.h und tcWave.c;376 6.4.4.3;11.4.3 tcCapture.h und tcCapture.c;383 6.4.4.4;11.4.4 main.c;385 7;Teil IV: Weiterführende Komponenten;389 7.1;Peripheral DMA Controller (PDC);391 7.1.1;12.1 Prinzipieller Aufbau;391 7.1.1.1;12.1.1 Voll-Duplex-fähige Peripherie;392 7.1.1.2;12.1.2 Halb-Duplex-fähige Peripherie;392 7.1.1.3;12.1.3 Monodirektionale Peripherie;393 7.1.1.4;12.1.4 Voll-Duplex- und Halb-Duplex-Kanäle;393 7.1.1.5;12.1.5 Monodirektionale Kanäle;393 7.1.2;12.2 PDC-Register;393 7.1.2.1;12.2.1 Receive Pointer Register (PERIPH_RPR);394 7.1.2.2;12.2.2 Receive Counter Register (PERIPH_RCR);394 7.1.2.3;12.2.3 Transmit Pointer Register (PERIPH_TPR);394 7.1.2.4;12.2.4 Transmit Counter Register (P_TCR);394 7.1.2.5;12.2.5 Weitere Receive- und Transmit-Register;394 7.1.2.6;12.2.6 Transfer Control Register (PERIPH_PTCR);395 7.1.2.7;12.2.7 Transfer Status Register (PERIPH_PTSR);395 7.1.3;12.3 Schlussbetrachtung;395 7.2;PWM Pulsweitenmodulation;397 7.2.1;13.1 Was ist Pulsweitenmodulation?;397 7.2.2;13.2 Pulsweitenmodulation aber wozu?;398 7.2.3;13.3 Der PWMC der AT91SAM3S-Familie;398 7.2.3.1;13.3.1 Abhängigkeiten des PWMC;399 7.2.3.2;13.3.2 Die CMSIS-Funktion des PWMC;400 7.2.3.3;13.3.3 Zuordnung der PWM-Anschlüsse;409 7.2.4;13.4 Projekt 13_01_PWM;410 7.2.4.1;13.4.1 board_olimex.h;410 7.2.4.2;13.4.2 pulsewidthmod.h;414 7.2.4.3;13.4.3 pulsewidthmod.c;414 7.2.4.4;13.4.4 terminal.c;416 7.2.4.5;13.4.5 main.c;418 7.2.5;13.5 Drehzahlregelung eines DC-Motors;423 7.2.5.1;13.5.1 Dimensionierung der Schaltung;423 7.2.5.2;13.5.2 Drehrichtungswechsel;424 7.3;Analoge und
digitale Größen;425 7.3.1;14.1 Vereinfachte Grundlagen;425 7.3.2;14.2 DACC Digital-to-Analog Converter Controller;426 7.3.2.1;14.2.1 DACC-Register;427 7.3.2.2;14.2.2 CMSIS-Funktionen zum DACC;429 7.3.2.3;14.2.3 14_01_DACC_SIGNAL_GENERATOR_WITH_INTERRUPT;430 7.3.2.4;14.2.4 Hilfsprogramm: 14_02_TABLE_GENERATOR;434 7.3.3;14.3 ACC Analog Comparator Controller;442 7.3.3.1;14.3.1 Die Register des ACC;443 7.3.3.2;14.3.2 CMSIS-Funktionen zum ACC;445 7.3.3.3;14.3.3 Projekt 14_03_ACC;446 7.3.4;14.4 ADC Analog-to-Digital Converter;448 7.3.4.1;14.4.1 Eigenschaften des ADC;448 7.3.4.2;14.4.2 Die ADC-Register;449 7.3.4.3;14.4.3 CMSIS-Funktionen des ADC;457 7.3.4.4;14.4.4 Projekt 14_06_ADC_TS_UND_POTI;458 8;Teil V: Serielle Kommunikation;475 8.1;Serielle Schnittstellen I;477 8.1.1;15.1 Hardware;478 8.1.1.1;15.1.1 RS-232 (EIA 232);479 8.1.1.2;15.1.2 RS-485;481 8.1.1.3;15.1.3 TWI (I2C);482 8.1.1.4;15.1.4 Serial Peripheral Interface (SPI);482 8.1.1.5;15.1.5 Synchronous Serial Controller (SSC);482 8.1.2;15.2 Serielle Schnittstellen der AT91SAM3S-Familie;483 8.1.2.1;15.2.1 Grundlegende Begriffe;483 8.1.3;15.3 Universal Asynchronous Receiver Transceiver (UART);489 8.1.3.1;15.3.1 UART-Eigenschaften beim AT91SAM3S;489 8.1.3.2;15.3.2 UARTs auf dem Olimex SAM3-P256;489 8.1.3.3;15.3.3 UART-Register;490 8.1.3.4;15.3.4 RS232_0 und Retargeting;493 8.1.4;15.4 Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transceiver (USART);496 8.1.4.1;15.4.1 USART-Eigenschaften beim AT91SAM3S;497 8.1.4.2;15.4.2 USARTs auf dem Olimex SAM3-P256;498 8.1.4.3;15.4.3 USART-Register;499 8.1.5;15.5 Two-wire Interface (TWI);507 8.1.5.1;15.5.1 TWI-Eigenschaften beim AT91SAM3S;509 8.1.5.2;15.5.2 TWI auf dem Olimex SAM3-P256;509 8.1.5.3;15.5.3 TWI-Register;509 8.2;Serielle Schnittstellen II;515 8.2.1;16.1 SD Card (stark vereinfacht);515 8.2.1.1;16.1.1 Ausführungsformen und Anschlüsse;516 8.2.1.2;16.1.2 Versorgung und Stromaufnahme;517 8.2.1.3;16.1.3 Speicherkapazitäten und Zugriffsraten;517 8.2.2;16.2 SD-Karten im SPI-Modus;
518 8.2.2.1;16.2.1 Grundlagen zum SPI;518 8.2.2.2;16.2.2 Initialisierung des SPI;518 8.2.2.3;16.2.3 Lesen und Schreiben von Rohdaten;536 8.2.3;16.3 High Speed MultiMedia Card Interface (HSMCI);538 8.2.3.1;16.3.1 Merkmale des HSMCI;538 8.2.3.2;16.3.2 Informationen zu den Protokollen;539 8.2.3.3;16.3.3 Anschluss eines SD-Kartenslots;540 8.2.3.4;16.3.4 Die HSMCI-Register;540 8.2.3.5;16.3.5 Hinweis zur Nutzung des HSMCI;543 8.2.4;16.4 Synchronous Serial Controller (SSC);543 8.2.4.1;16.4.1 Merkmale des SSC;544 8.2.4.2;16.4.2 Die wichtigsten Register des SSC;545 9;Glossar;547 9.1;A.1 Architektur;547 9.2;A.2 ARM;547 9.3;A.3 ARM-Befehlssatz;547 9.4;A.4 Big.LITTLE-Konzept;548 9.5;A.5 BSS;548 9.6;A.6 CMSIS;548 9.7;A.7 Cortex;548 9.8;A.8 Debugging;549 9.9;A.9 Echtzeit-Betriebssysteme;549 9.10;A.10 Embedded Linux;549 9.11;A.11 FIFO;550 9.12;A.12 Firmware;550 9.13;A.13 Heap;550 9.14;A.14 JTAG;550 9.15;A.15 LIFO;551 9.16;A.16 OCD;551 9.17;A.17 SAM-BA;551 9.18;A.18 Stack;551 9.19;A.19 SWD;552 9.20;A.20 TDMI;552 9.21;A.21 Text-Segment;552 9.22;A.22 Thumb-Befehlssatz;553 10;Ressourcen;555 10.1;B.1 Hardware;555 10.1.1;B.1.1 Das Olimex-Board SAM3-P256;555 10.1.2;B.1.2 In-Circuit-Emulatoren;556 10.1.3;B.1.3 Andere Elektronik-Komponenten;556 10.2;B.2 Software;556 11;Literatur;559 11.1;C.1 Literatur (Buchversion);559 11.2;C.2 Literatur (Online-Version);559 11.3;C.3 Weitere allgemeine Quellen;561 11.4;Erfahrungen;563 11.5;D.1 Wechsel der Toolchain;563 11.6;D.2 GNU Tools for ARM Embedded Processors;563 11.7;D.3 Nochmals: Verwendung der Nano-Libs;564 11.8;D.4 Updates von Eclipse und dem CDT;564 11.9;D.5 Andere Probleme mit Eclipse und dem CDT;564 11.10;D.6 Debugger;565 11.11;D.7 Versionsverwaltung;565 12;Stichwortverzeichnis;566