ARM Cortex-M3 Mikrocontroller - Einstieg und Praxis

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Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Teil I: Grundlagen

Orientierung

1.1 Kommerzielle IDEs

1.1.1 Keil QVision

1.1.2 IAR Workbench

1.1.3 Sourcery Codebench

1.1.4 Atollic TrueSTUDIO

1.1.5 CrossWorks for ARM

1.2 Herstellergebundene IDEs

1.2.1 ATMEL Studio 6

1.2.2 Texas Instruments StellarisWare

1.2.3 STMicroelectronics STVD

1.3 Freie IDEs

1.3.1 CooCox CoIDE

1.3.2 NetBeans for C Developers

1.3.3 Code::Blocks

1.3.4 emIDE

1.3.5 Eclipse für C/C++-Entwickler

1.4 Vorbereitende Arbeiten

1.4.1 Hardware

1.4.2 Software

ARM und CMSIS

2.1 Einige Hintergrundinformationen

2.1.1 Die Firma ARM Holdings PLC

2.1.2 Das Geschäftsmodell

2.2 CMSIS

2.2.1 Implementierungen

2.3 Erzeugung der Bibliotheken

2.3.1 libboard: Die Bibliothek für das Entwicklungsboard

2.3.2 libchip: Die Bibliothek für den Mikrocontroller-Chip

2.4 Weitere Software installieren

2.4.1 SAM-BA

2.4.2 SEGGER J-Link GDB Server via JTAG

Das erste Eclipse-Projekt

3.1 Erstellen einer Projektschablone

3.1.1 Workspace einrichten

3.1.2 Anlegen eines neuen Projekts

3.1.3 Projektspezifische Einstellungen

3.1.4 C/C++ Build: Settings

3.2 Weitere erforderliche Dateien

3.2.1 board_cstartup_gnu.c und syscalls.c

3.2.2 Linkerscriptdateien

3.3 Konfiguration des Debuggers

3.4 Fertigstellen des Templates

3.4.1 Anwendung der Erweiterung

Hello World!

4.1 Grundlegende Hinweise

4.2 Erstellen des Projekts 04_01_Blinky

4.2.1 Importieren der Schablone

4.2.2 Der Sourcecode von Blinky

4.3 Blinky im Debugger ausführen

4.4 Debugging light

4.4.1 Was Sie benötigen

4.4.2 Konfiguration der Schnittstelle

4.4.3 Programm laden und ausführen

4.4.4 Vorteile und Nachteile dieser Methode

Teil II: Einfache Grundlagen der Elektronik

Der ATMEL SAM3S4B

5.1 Die ATMEL-SAM3S-Familie

5.1.1 Übersicht

5.2 Das Datenblatt DOC 6500

5.2.1 Der Aufbau von DOC 6500

5.2.2 Mikrocontroller anderer Hersteller

5.3 Elektrische Daten des SAM3S4

5.3.1 Minimum- und Maximumwerte

5.3.2 Elektrische Versorgungsspannungen

5.3.3 Gleichstromwerte

5.4 System Controller

5.5 CHIP_ID

5.5.1 Das Projekt 05_01_CHIPID

5.5.2 Erläuterungen

5.6 Weiterführende Literatur

Elektronik

6.1 Digitale Ausgänge

6.1.1 Ports A, B und C im Reset-Zustand

6.2 Schalten kleiner Ströme

6.2.1 Current Sourcing

6.2.2 Current Sinking

6.2.3 Dimensionierung bei Current Sourcing und Current Sinking

6.2.4 Vor- und Nachteile beider Betriebsarten

6.3 Schalten größerer Ströme

6.3.1 Bipolare Transistoren

6.3.2 Feldeffekt-Transistoren (FETs)

6.3.3 Schalten mit Optokopplern

6.3.4 Schalten von Leistungstransistoren

6.3.5 Schalten induktiver Lasten (Relais, Elektromagnete, Motoren)

6.4 Digitale Eingänge

6.4.1 Grundlegende Betrachtungen

6.4.2 Einfachste Form der Beschaltung

6.4.3 Bessere Form der Beschaltung

6.4.4 Erfassen größerer Spannungen I

6.4.5 Erfassen größerer Spannungen II

6.5 Allgemeine Anmerkungen

Anwendungen

7.1 LC-Displays

7.1.1 Die Hardware

7.1.2 Projekt 07_01_LCD

7.2 7-Segment-Anzeigen

7.2.1 Kein Datenblatt verfügbar?

7.2.2 Eine Möglichkeit der Ansteuerung

Teil III: Basiskomponenten

NVIC, PMC, Clock Generator und SUPC

8.1 Allgemeines zu Interrupts

8.1.1 Asynchrone Ereignisse

8.1.2 Der NVIC – Nested Vector Interrupt Controller

8.1.3 Zuordnung der Interrupt-Quellen

8.1.4 Tail Chaining

8.1.5 CMSIS-Funktionen für den NVIC

8.1.6 (Kein) Beispiel

8.1.7 Software-Interrupts

8.1.8 Tipps und Empfehlungen

8.2 Der Clock Generator / Taktgenerator

8.2.1 Funktionen des Clock Generators

8.3 Der PMC – Power Management Controller

8.3.1 Aufgaben des PMC

8.3.2 Die Taktsignale des PMC

8.3.3 Weitere Informationen zum PMC

8.3.4 Ausgewählte Register des PMC

8.4 Der SUPC – Supply Controller

Parallel Input/Output Controller

9.1 Port-Register und -Betriebsarten

9.1.1 PIOA, PIOB und PIOC

9.1.2 Die Register von PIOA, PIOB und PIOC

9.2 Input-Ports in der Praxis

9.2.1 Das Projekt 09_01_INPUT_SAMPLE

9.2.2 Das Ergebnis

Timer und Counter, Teil 1

10.1 Real-time Timer RTT

10.1.1 Projekt 10_01_RTT

10.1.2 Die Register des RTT

10.2 RTC – Die Echtzeituhr

10.2.1 Das Projekt 10_02_RTC

10.2.2 Projekt 10_02_RTC_Advanced

10.2.3 Die Register der RTC

10.3 Der Watchdog-Timer WDT

10.3.1 Projekt 10_03_WDT

10.3.2 Register des WDT

10.4 Der System-Timer SysTick

10.4.1 Grundlegende Funktion

10.4.2 Anwendung von SysTick

10.4.3 Konfiguration des SysTick

10.4.4 Register des System-Timers SysTick

10.4.5 SysTick-Interrupt

10.5 Abschlussbetrachtung

Timer und Counter, Teil 2

11.1 Timer/Counter, Grundlagen

11.1.1 Einsatzgebiete von Timern und Countern

11.1.2 Grundlegende Betrachtungen

11.1.3 Triggern der Counter

11.2 Timer/Counter programmieren

11.2.1 PIO-Controller konfigurieren

11.2.2 PMC konfigurieren

11.2.3 NVIC konfigurieren

11.3 Die Register der Timer/Counter

11.3.1 TC- und TC-Channel-Register

11.4 Projekt 11_01_TIMER_COUNTER

11.4.1 global.h

11.4.2 tcWave.h und tcWave.c

11.4.3 tcCapture.h und tcCapture.c

11.4.4 main.c

Teil IV: Weiterführende Komponenten

Peripheral DMA Controller (PDC)

12.1 Prinzipieller Aufbau

12.1.1 Voll-Duplex-fähige Peripherie

12.1.2 Halb-Duplex-fähige Peripherie

12.1.3 Monodirektionale Peripherie

12.1.4 Voll-Duplex- und Halb-Duplex-Kanäle

12.1.5 Monodirektionale Kanäle

12.2 PDC-Register

12.2.1 Receive Pointer Register (PERIPH_RPR)

12.2.2 Receive Counter Register (PERIPH_RCR)

12.2.3 Transmit Pointer Register (PERIPH_TPR)

12.2.4 Transmit Counter Register (P_TCR)

12.2.5 Weitere Receive- und Transmit-Register

12.2.6 Transfer Control Register (PERIPH_PTCR)

12.2.7 Transfer Status Register (PERIPH_PTSR)

12.3 Schlussbetrachtung

PWM – Pulsweitenmodulation

13.1 Was ist Pulsweitenmodulation?

13.2 Pulsweitenmodulation – aber wozu?

13.3 Der PWMC der AT91SAM3S-Familie

13.3.1 Abhängigkeiten des PWMC

13.3.2 Die CMSIS-Funktion des PWMC

13.3.3 Zuordnung der PWM-Anschlüsse

13.4 Projekt 13_01_PWM

13.4.1 board_olimex.h

13.4.2 pulsewidthmod.h

13.4.3 pulsewidthmod.c

13.4.4 terminal.c

13.4.5 main.c

13.5 Drehzahlregelung eines DC-Motors

13.5.1 Dimensionierung der Schaltung

13.5.2 Drehrichtungswechsel

Analoge und digitale Größen

14.1 Vereinfachte Grundlagen

14.2 DACC – Digital-to-Analog Converter Controller

14.2.1 DACC-Register

14.2.2 CMSIS-Funktionen zum DACC

14.2.3 14_01_DACC_SIGNAL_GENERATOR_WITH_INTERRUPT

14.2.4 Hilfsprogramm: 14_02_TABLE_GENERATOR

14.3 ACC – Analog Comparator Controller

14.3.1 Die Register des ACC

14.3.2 CMSIS-Funktionen zum ACC

14.3.3 Projekt 14_03_ACC

14.4 ADC – Analog-to-Digital Converter

14.4.1 Eigenschaften des ADC

14.4.2 Die ADC-Register

14.4.3 CMSIS-Funktionen des ADC

14.4.4 Projekt 14_06_ADC_TS_UND_POTI

Teil V: Serielle Kommunikation

Serielle Schnittstellen I

15.1 Hardware

15.1.1 RS-232 (EIA 232)

15.1.2 RS-485

15.1.3 TWI (I2C)

15.1.4 Serial Peripheral Interface (SPI)

15.1.5 Synchronous Serial Controller (SSC)

15.2 Serielle Schnittstellen der AT91SAM3S-Familie

15.2.1 Grundlegende Begriffe

15.3 Universal Asynchronous Receiver Transceiver (UART)

15.3.1 UART-Eigenschaften beim AT91SAM3S

15.3.2 UARTs auf dem Olimex SAM3-P256

15.3.3 UART-Register

15.3.4 RS232_0 und Retargeting

15.4 Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transceiver (USART)

15.4.1 USART-Eigenschaften beim AT91SAM3S

15.4.2 USARTs auf dem Olimex SAM3-P256

15.4.3 USART-Register

15.5 Two-wire Interface (TWI)

15.5.1 TWI-Eigenschaften beim AT91SAM3S

15.5.2 TWI auf dem Olimex SAM3-P256

15.5.3 TWI-Register

Serielle Schnittstellen II

16.1 SD Card (stark vereinfacht)

16.1.1 Ausführungsformen und Anschlüsse

16.1.2 Versorgung und Stromaufnahme

16.1.3 Speicherkapazitäten und Zugriffsraten

16.2 SD-Karten im SPI-Modus

16.2.1 Grundlagen zum SPI

16.2.2 Initialisierung des SPI

16.2.3 Lesen und Schreiben von Rohdaten

16.3 High Speed MultiMedia Card Interface (HSMCI)

16.3.1 Merkmale des HSMCI

16.3.2 Informationen zu den Protokollen

16.3.3 Anschluss eines SD-Kartenslots

16.3.4 Die HSMCI-Register

16.3.5 Hinweis zur Nutzung des HSMCI

16.4 Synchronous Serial Controller (SSC)

16.4.1 Merkmale des SSC

16.4.2 Die wichtigsten Register des SSC

Glossar

A.1 Architektur

A.2 ARM

A.3 ARM-Befehlssatz

A.4 Big.LITTLE-Konzept

A.5 BSS

A.6 CMSIS

A.7 Cortex

A.8 Debugging

A.9 Echtzeit-Betriebssysteme

A.10 Embedded Linux

A.11 FIFO

A.12 Firmware

A.13 Heap

A.14 JTAG

A.15 LIFO

A.16 OCD

A.17 SAM-BA

A.18 Stack

A.19 SWD

A.20 TDMI

A.21 Text-Segment

A.22 Thumb-Befehlssatz

Ressourcen

B.1 Hardware

B.1.1 Das Olimex-Board SAM3-P256

B.1.2 In-Circuit-Emulatoren

B.1.3 Andere Elektronik-Komponenten

B.2 Software

Literatur

C.1 Literatur (Buchversion)

C.2 Literatur (Online-Version)

C.3 Weitere allgemeine Quellen

Erfahrungen

D.1 Wechsel der Toolchain

D.2 GNU Tools for ARM Embedded Processors

D.3 Nochmals: Verwendung der Nano-Libs

D.4 Updates von Eclipse und dem CDT

D.5 Andere Probleme mit Eclipse und dem CDT

D.6 Debugger

D.7 Versionsverwaltung

Stichwortverzeichnis