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汽车电子KEA系列微控制器——基于ARM Cortex-M0+内核

作译者：王宜怀,李跃华

出版时间：2015-08 千字数：590 版次：01-01 页数：372

开本：16(185*260) 装帧： I S B N ：9787121266867

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目    录
第1章  概述	1
1.1  汽车电子技术的基本概念	1
1.2  中国汽车电子发展概况	2
1.3  飞思卡尔在汽车电子市场中的地位	2
1.4  面向汽车电子的微控制器KEA系列MCU简介	3
第2章  ARM Cortex-M0+处理器	7
2.1  ARM Cortex-M0+处理器简介	7
2.1.1  ARM Cortex-M0+处理器特点与结构图	8
2.1.2  ARM Cortex-M0+处理器存储器映像	9
2.1.3  ARM Cortex-M0+处理器的寄存器	10
2.2  ARM Cortex-M0+处理器的指令系统	13
2.2.1  ARM Cortex-M0+指令简表与寻址方式	13
2.2.2  数据传送类指令	14
2.2.3  数据操作类指令	16
2.2.4  跳转控制类指令	19
2.2.5  其他指令	20
2.3  ARM Cortex-M0+指令集与机器码对应表	21
2.4  GNU汇编语言的基本语法	23
2.4.1  汇编语言格式	23
2.4.2  伪指令	25
第3章  KEA128存储映像、中断与硬件最小系统	29
3.1  KEA128系列存储映像	29
3.1.1  Flash区存储映像	30
3.1.2  片内RAM区存储映像	30
3.1.3  外设区存储映像	30
3.1.4  私有外设总线存储映像	31
3.1.5  系统保留段存储映像	31
3.2  KEA128中断系统及Cortex-M0+非内核模块中断编程结构	31
3.2.1  KEA128的中断源	31
3.2.2  KEA128中断向量表	32
3.2.3  Cortex-M0+非内核模块中断编程结构	36
3.3  KEA128的引脚功能	38
3.3.1  硬件最小系统引脚	39
3.3.2  I/O端口资源类引脚	39
3.4  KEA128硬件最小系统原理图	40
3.4.1  电源及其滤波电路	40
3.4.2  复位电路及复位功能	40
3.4.3  SWD接口电路	41
3.4.4  晶振电路	41
第4章  GPIO及程序框架	43
4.1  KEA128芯片GPIO驱动构件及使用方法	43
4.1.1  KEA128芯片GPIO引脚	44
4.1.2  KEA128芯片GPIO驱动构件头文件及使用方法	45
4.2  GPIO驱动构件的制作方法	47
4.2.1  端口控制模块功能与编程结构	47
4.2.2  GPIO模块的编程结构	50
4.2.3  GPIO基本打通程序	51
4.2.4  GPIO驱动构件封装要点分析	51
4.2.5  GPIO驱动构件的实现	53
4.3  第一个C语言工程：控制小灯闪烁	59
4.4  工程框架与第一个C语言工程执行过程分析	63
4.4.1  工程框架	63
4.4.2  链接文件	64
4.4.3  机器码文件	65
4.4.4  其他相关文件功能简介	67
4.4.5  芯片上电启动执行过程	68
4.5  第一个汇编语言工程：控制小灯闪烁	72
4.5.1  汇编工程文件的组织	72
4.5.2  Light构件汇编程序light.s	73
4.5.3  Light测试工程主程序及汇编工程执行过程	74
第5章  嵌入式硬件构件与底层驱动构件基本规范	77
5.1  嵌入式硬件构件	77
5.1.1  嵌入式硬件构件的概念	77
5.1.2  基于嵌入式硬件构件的电路原理图设计简明规则	78
5.2  嵌入式底层驱动构件的概念与层次模型	80
5.2.1  嵌入式底层驱动构件的概念	81
5.2.2  嵌入式硬件构件和软件构件的层次模型	81
5.3  底层驱动构件的封装规范	82
5.3.1  构件设计的基本思想与基本原则	82
5.3.2  编码风格基本规范	84
5.3.3  公共要素文件	87
5.3.4  头文件的设计规范	89
5.3.5  源程序文件的设计规范	90
5.4  硬件构件及底层软件构件的重用与移植方法	91
第6章  串行通信模块及第一个中断程序结构	95
6.1  KEA128芯片UART驱动构件及使用方法	95
6.1.1  UART的基础知识要素	95
6.1.2  UART驱动构件封装要点分析	96
6.1.3  KEA128芯片UART引脚	97
6.1.4  KEA128芯片UART驱动构件头文件及使用方法	98
6.2  UART接收中断程序实例	101
6.2.1  KEA128的中断服务程序及其“注册”	101
6.2.2  UART接收中断程序实例	103
6.2.3  printf的设置方法与使用	107
6.3  UART驱动构件的制作方法	107
6.3.1  UART模块编程结构	107
6.3.3  UART驱动构件的实现	111
第7章  Systick、RTC、PWT及PIT	117
7.1  ARM Cortex-M0+内核时钟（Systick）	117
7.1.1  Systick模块的编程结构	117
7.1.2  Systick构件设计及测试实例	118
7.2  实时时钟模块（RTC）	120
7.2.1  RTC模块概述与编程要点	120
7.2.2  RTC构件设计及测试实例	122
7.3  脉冲宽度定时器（PWT）	125
7.3.1  PWT模块概述与编程要点	125
7.3.2  PWT构件设计及测试实例	127
7.4  周期性中断定时器（PIT）	131
7.4.1  PIT模块概述与编程要点	131
7.4.2  PIT构件设计及测试实例	133
第8章  Flex定时器FTM	137
8.1  FTM基本知识	137
8.1.1  FTM概述	137
8.1.2  FTM技术要点	137
8.1.3  FTM寄存器总览	138
8.2  FTM基本定时的编程结构与测试实例	140
8.2.1  FTM基本定时的编程结构	140
8.2.2  FTM基本定时构件与测试实例	142
8.3  FTM模块的脉宽调制（PWM）功能	147
8.3.1  脉宽调试器PWM基本工作原理	147
8.3.2  KEA128的三种PWM模式	148
8.3.3  FTM引脚复用	149
8.3.4  PWM构件与测试实例	150
8.4  FTM模块的输出比较功能	159
8.4.1  输出比较的基本知识	159
8.4.2  输出比较构件与测试实例	160
8.5  FTM模块的输入捕捉功能	168
8.5.1  输入捕捉基本含义	168
8.5.2  输入捕捉中断构件与测试实例	169
第9章  Flash在线编程	179
9.1  KEA128芯片Flash驱动构件及使用方法	179
9.1.1  Flash编程知识要素	179
9.1.2  KEA128芯片Flash构件头文件及使用方法	180
9.2  Flash驱动构件的制作方法	183
9.2.1  Flash模块编程结构	183
9.2.2  Flash驱动构件制作要点	186
9.3  Flash驱动构件封装要点分析及实现	189
9.3.1  Flash驱动构件封装要点	189
9.3.2  Flash驱动构件的实现	190
9.4  Flash模块的保护与加密	203
9.4.1  Flash模块的保护	203
9.4.2  Flash模块的安全	206
第10章  ADC与ACMP模块	207
10.1  KEA128芯片ADC驱动构件及使用方法	207
10.1.1  ADC编程知识要素	207
10.1.2  KEA128芯片的ADC引脚与通道号	208
10.1.3  KEA128芯片ADC构件头文件及使用方法	209
10.2  ADC构件的制作方法	210
10.2.1  ADC转换模块编程结构	211
10.2.2  ADC构件封装要点和函数分析	215
10.2.3  ADC驱动构件的实现	215
10.3  KEA128芯片ACMP驱动构件及使用方法	220
10.3.1  ACMP编程知识要素	220
10.3.2  ACMP引脚的标识	220
10.3.3  KEA128芯片ACMP构件头文件及使用方法	220
10.4  ACMP构件的制作方法	222
10.4.1  ACMP模块编程结构	222
10.4.2  ACMP构件封装要点和函数分析	224
10.4.3  ACMP驱动构件的实现	224
第11章  SPI与I2C模块	231
11.1  SPI模块	231
11.1.1  SPI编程知识要素	231
11.1.2  KEA128芯片SPI引脚	232
11.1.3  KEA128芯片SPI构件头文件及使用方法	233
11.1.4  SPI主从机通信实例	236
11.1.5  SPI构件的制作方法	239
11.2  I2C模块	247
11.2.1  I2C编程知识要素	247
11.2.2  KEA128芯片I2C引脚的标识	249
11.2.3  KEA128芯片I2C构件头文件及使用方法	250
11.2.4  I2C主从机通信实例	254
11.2.5  I2C构件的制作方法	257
第12章  KEA128的MSCAN总线开发方法	269
12.1  CAN总线通用知识	269
12.1.1  CAN硬件系统的原理性电路	269
12.1.2  CAN总线的有关基本概念	270
12.2  MSCAN驱动构件及使用方法	271
12.2.1  KEA128芯片MSCAN编程知识要素	272
12.2.2  MSCAN构件头文件及使用方法	274
12.3  MSCAN驱动构件制作方法	277
12.3.1  MSCAN寄存器简介	277
12.3.2  MSCAN构件封装要点分析	282
12.4  MSCAN驱动构件的设计	283
12.4.1  MSCAN初始化	283
12.4.2  MSCAN发送数据包函数	286
12.4.3  MSCAN接收数据包函数	288
第13章  系统时钟与其他功能模块	291
13.1  时钟系统	291
13.1.1  时钟系统概述	291
13.1.2  时钟模块概要与编程要点	293
13.1.3  时钟模块测试实例	293
13.2  复位模块	294
13.2.1  上电复位	295
13.2.2  系统复位源	295
13.2.3  调试复位	296
13.3  看门狗	297
13.3.1  功能描述	297
13.3.2  配置WDOG	297
13.3.3  测试实例	298
13.4  电源模式与芯片配置	298
13.4.1  电源模式控制	298
13.4.2  低功耗下的模块操作	298
13.4.3  芯片配置模块	298
13.5  循环冗余检查、杂项控制模块与交叉开关	299
13.5.1  循环冗余检查	299
13.5.2  杂项控制模块	299
13.5.3  交叉开关	299
第14章  KEA128在实时操作系统MQX-Lite下的应用	301
14.1  MQX-Lite简介	301
14.2  MQX-Lite编程知识要素	302
14.2.1  任务管理与调度	302
14.2.2  任务间同步与通信	303
14.2.3  中断处理机制	304
14.3  基于MQX-Lite的KEA128工程框架	306
14.4  KEA128在MQX-Lite下的第一个样例工程	307
14.4.1  样例工程的功能	307
14.4.2  样例工程任务设计	307
14.4.3  样例工程的执行流程及运行结果	314
第15章  基于KEA的无刷直流电机的汽车应用	317
15.1  无刷直流电机在汽车上的应用现状和发展趋势	317
15.2  无刷直流电机在KEA128-BLDCRD板上的操作指南	317
15.2.1  软硬件的准备	317
15.2.2  操作流程	318
15.3  无刷直流电机驱动的基本原理及无传感器控制	319
15.3.1  换向控制	320
15.3.2  转速转矩控制	321
15.3.3  互补型极性PWM调制技术	321
15.3.4  基于反电动过零的位置估计	322
15.3.5  无传感器BLDC的启动	326
15.4  基于KEA的车用无刷直流电机应用实例——车用冷却风扇	327
15.4.1  方案简介	327
15.4.2  硬件结构	327
15.4.3  电气指标	329
15.4.4  软件实现	329
15.4.5  开发中的相关工具	331
15.4.6  方案总结	334
15.5  关于车用BLDC的展望	334
第16章  有关问题的进一步讨论	335
16.1  位带技术及应用方法	335
16.1.1  位带别名区概述	335
16.1.2  位带别名区的应用机制解析	335
16.1.3  位带别名区使用注意点	337
16.2  位操作引擎技术及应用方法	338
16.2.1  位操作引擎概述	338
16.2.2  位操作引擎的应用机制解析	339
16.2.3  位操作引擎对GPIO部分的使用说明	341
16.2.4  位操作引擎使用注意点	342
16.2.5  测试实例	342
16.3  EMC问题的探讨	342
16.3.1  简介	342
16.3.2  硬件设计	342
16.3.3  软件设计	344
16.4  基于CAN接口及Bootloader的程序更新方法	345
16.4.1  概述	345
16.4.2  操作指南	345
16.4.3  地址空间分布	347
16.4.4  CAN Bootloader软件流程	347
16.5  AUTOSAR简介	348
16.5.1  概述	348
16.5.2  AUTOSAR软件架构	348
16.5.3  飞思卡尔与AUTOSAR	349
16.5.4  AUTOSAR相关问题	349
附录A  SKEAZ128MLK引脚功能分配	350
附录B  KEA128最小系统	352
附录C  printf格式化输出	353
参考文献	355

前    言

飞思卡尔于2014年开始推出的面向汽车电子KEA系列微控制器，该微控制器以ARM Cortex-M0+为内核，内核频率48 MHz，运行温度范围40 ℃～125 ℃，内含温度传感器，具有位操作引擎及良好的EMC特性，将广泛地应用于汽车电子中的信息娱乐系统连接、停车辅助系统、车身中控、空调控制、车窗/天窗/车门控制、防盗装置、通用传感器节点等。整个KEA系列引脚兼容，还将与未来的Kinetis Auto系列的其他系列产品引脚兼容，并提供多个引脚和存储选择，使开发人员能够在不同芯片之间进行移植，最大限度地提高硬件、软件重用性并缩短投放市场的时间。相比于一般微控制器，KEA系列微控制器具有更宽的温度范围及更高的可靠性。因其具有性能好、可靠性高、价格低等突出特点，将是汽车电子领域的重要成员，也能更好地应用于其他对可靠性要求较高的领域。
本书以构件化底层驱动为基础阐述KEA系列微控制器应用程序的设计方法。
主要特点
（1）按照由浅入深的原则，在简要给出基本软件、硬件要素的基础上，尽快给出符合嵌入式软件工程规范的工程框架、第一个C语言样例、第一个汇编样例及启动过程解析，以便快速规范入门。一些较深的内容，随后给出。
（2）对底层驱动进行构件化封装。书中对每个模块均给出了根据嵌入式软件工程基本原则并按照构件化封装要求，编制面向芯片级底层驱动程序，同时给出较为详细、规范的注释及对外接口，为实际应用提供底层构件，方便移植与复用，可以为读者进行实际项目开发节省大量时间。面向芯片级底层驱动程序为芯片的实际应用提供了基础，避免了面向板级驱动给不用用户带来的不便。
（3）设计合理的测试用例。书中所有源程序均经测试通过，并保留测试用例在本书的网上光盘中，避免了因例程的书写或固有错误给读者带来烦恼。这些测试用例，也为读者验证与理解带来方便。每个测试用例均为独立的工程，包含文档说明，为读者重复实验现象提供便利。书中附录还提供了KDS简明使用方法、写入器驱动与使用方法、部分工具软件。
（4）网上光盘提供了所有模块完整的底层驱动构件化封装程序与测试用例。需要使用PC的程序的测试用例，还提供了PC的C#源程序。网上光盘的版本将会适时更新。
（5）提供硬件核心板、写入调试器等硬件，方便读者进行实践与应用。
主要内容
全书共16章，第1章给出汽车电子概述及KEA的基本特性；第2章给出ARM Cortex-M0+的寄存器、指令系统及汇编语法；第3章给出KEA的存储地址映像、中断系统及最小硬件系统；第4章以GPIO为例给出工程框架、第一个C语言实例、第一个汇编语言实例及程序执行过程分析；第5章给出底层驱动构件设计规范；第6章给出串行通信及printf函数的融入方法。1～6章囊括了学习一个新微控制器入门的基本知识要素及基本规范。第7～12章分别给出了Systick、RTC、PWT、PIT、FTM（含输入捕捉、输出比较及PWM）、Flash在线编程、ADC、ACMP、SPI、I2C、CAN等程序设计方法；第13章给出时钟系统及其他模块；第14章给出基于实时操作系统MQX-Lite的编程方法；第15章给出一个汽车冷却风扇控制实例；第16章给出位带及位操作引擎等技术的进一步讨论。
作者分工与致谢
本书由王宜怀负责编制提纲和统稿工作，并撰写第2～6章。李跃华撰写7～14章及第16章部分内容。飞思卡尔李兴参与全书的策划，田茂昕撰写第1章，唐华标撰写第15章及第16章部分内容。研究生李会、王磊、陈瑞杰、范宁宁等协助书稿整理及程序调试工作，他们卓有成效的工作，使本书更加实用。飞思卡尔马莉女士一直关心支持苏州大学飞思卡尔嵌入式中心的建设，为本书的撰写提供了技术条件。飞思卡尔李越、陈馨宇等工程人员提供了技术支持。苏州华祥信息科技有限公司的蒋建辉、刘辉工程师提出了有益的建议。电子工业版社的田宏峰先生为本书的出版做了大量细致的工作。在此一并表示诚挚的谢意。
鉴于作者水平有限，书中难免存在不足和错误之处，恳望读者提出宝贵意见和建议，以便再版时改进。

                                                            王宜怀    
                                                         2015年6月

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