基于MDK的SAM3处理器开发应用

　　《基于MDK的SAM3处理器开发应用》介绍了基于MDK的SAM3U处理器开发应用。全书共13章，可以分为4部分。第1部分包括第1~4章，在讲解Cortex-M3处理器结构的基础上，详细介绍了Cortex-M3处理器的编程模型、总线架构、存储结构、异常处理机制、Thumb-2指令集、存储保护机制和调试系统。第2部分包括第7~9章，介绍了MDK的使用方法、EM-SAM3U开发板以及一个小实例，是读者学习使用MDK进行SAM3U处理器应用开发的准备知识。第3部分包括第10~12章，介绍了SAM3U处理器的所有系统控制以及片上外设，对每个模块都详细介绍其结构、特点及功能，并提供了一个小的应用实例。第4部分为第13章，介绍了一个基于SAM3U处理器的综合应用实例，分别在无操作系统和有操作系统的情况下实现了MP3播放器，也帮助读者了解如何将实时操作系统移植到SAM3U处理器上，以及如何实现多任务操作。
　　《基于MDK的SAM3处理器开发应用》既可作为使用MDK进行SAM3处理器应用开发的指导书，还可作为SAM3U处理器的开发参考手册。另外，也可作为ARM Cortex-M3的编程入门指南。

第1章 CortexM3处理器简介1
1.1 CortexM3处理器的特点1
1.2 CortexM3处理器基本结构3
1.3 SAM3系列MCU7
1.3.1 SAM3系列MCU的分类7
1.3.2 SAM3U处理器的内部结构9
1.3.3 SAM3U系列MCU的优点11
1.3.4 SAM3 MCU的开发工具13

第2章 CortexM3 处理器编程模型14
2.1 寄存器组14
2.1.1 通用寄存器15
2.1.2 状态寄存器(xPSR)15
2.1.3 中断屏蔽寄存器组18
2.1.4 控制寄存器18
2.2 处理器工作模式及访问级别19
2.2.1 工作模式19
2.2.2 访问级别19
2.2.3 main栈和process栈20
2.3 数据类型与存储器格式21
2.4 指令集21

第3章 SAM3U处理器总线结构和存储系统31
3.1 系统总线架构31
3.1.1 双APB/AHB桥接器31
3.1.2 5层AHB总线矩阵31
3.2 存储器的组织与映射32
3.2.1 存储系统组织32
3.2.2 片上存储系统35
3.2.3 片外存储系统36
3.3 位段37
3.4 启动机制38
3.5 CortexM3系统控制寄存器38
3.6 芯片标识47

第4章 CortexM3的异常处理48
4.1 异常的类型48
4.2 异常的优先级49
4.2.1 优先级50
4.2.2 优先级分组50
4.2.3 优先级对异常处理的影响51
4.2.4 异常激活等级51
4.3 向量表及启动过程53
4.3.1 向量表53
4.3.2 复位过程54
4.3.3 启动过程54
4.4 多堆栈的设置56
4.5 Abort 模式57
4.5.1 硬故障58
4.5.2 Local故障和升级 58
4.5.3 故障状态寄存器和故障地址寄存器 59

第5 章存储保护单元61
5.1 MPU编程模型61
5.2 MPU的使用66
5.2.1 设置MPU66
5.2.2 保护区属性设置66
5.2.3 典型的保护区设置67

第6章 调试系统69
6.1 CortexM3调试系统结构69
6.1.1 CoreSight调试体系结构69
6.1.2 CortexM3调试结构71
6.2 调试端口74
6.2.1 JTAG调试端口75
6.2.2 SW调试端口75

第7章 SAM3U处理器基础77
7.1 系统控制器及片上外设简介77
7.1.1 系统控制器77
7.1.2 片上外设81
7.2 GPIO及引脚复用85
7.2.1 概述85
7.2.2 用户接口87
7.2.3 功能描述88
7.2.4 引脚复用93

第8章 EMSAM3U开发板98
8.1 EMSAM3U评估板的基本结构99
8.1.1 模块结构99
8.1.2 连接器、跳线99
8.1.3 电源101
8.1.4 时钟源101
8.1.5 复位和唤醒电路102
8.2 EMSAM3U评估板的组件与接口102

第9章 快速启用SAM3U106
9.1 MDK的安装与配置106
9.1.1 MDK安装的最小系统要求106
9.1.2 MDK的安装107
9.1.3 MDK目录结构109
9.1.4 注册与帮助109
9.2 霽ision IDE110
9.2.1 菜单栏、工具栏、状态栏111
9.2.2 工程工作区111
9.2.3 工作区114
9.2.4 输出窗口115
9.2.5 内存窗口117
9.2.6 观测窗口117
9.2.7 外设对话框119
9.3 CMSIS标准119
9.3.1 基于CMSIS标准的软件架构120
9.3.2 CMSIS规范121
9.4 第一个SAM3U应用程序Blinky123
9.4.1 选择工具集124
9.4.2 创建一个新的工程125
9.4.3 硬件选项配置126
9.4.4 创建文件组及源文件127
9.4.5 编译链接工程133
9.4.6 调试程序133
9.4.7 建立HEX文件139

第10章 SAM3U处理器基本接口140
10.1 嵌套向量中断控制器NVIC140
10.1.1 概述140
10.1.2 NVIC功能描述140
10.1.3 应用程序设计142
10.2 DMA传输152
10.2.1 DMA控制器152
10.2.2 外设DMA控制器PDC175
10.3 串行通信接口UART & USART182
10.3.1 通用异步收发器UART182
10.3.2 通用同步异步收发器USART187
10.3.3 应用程序设计209
10.4 电源管理SUPC222
10.4.1 SAM3U处理器的电源供给222
10.4.2 概述223
10.4.3 功能描述225
10.4.4 应用程序设计230
10.5 复位控制器RSTC和备份寄存器GPBR244
10.5.1 概述244
10.5.2 功能描述245
10.5.3 应用程序设计251
10.6 时钟管理257
10.6.1 时钟发生器258
10.6.2 功耗管理控制器PMC263
10.6.3 实时定时器RTT273
10.6.4 实时钟RTC283
10.7 定时/计数器TC及看门狗WDT301
10.7.1 定时/计数器TC301
10.7.2 看门狗WDT320
10.8 脉宽调制控制器327
10.8.1 概述327
10.8.2 功能描述331
10.8.3 应用程序设计346
10.9 数/模转换器354
10.9.1 模/数转换器ADC354
10.9.2 12位模/数转器ADC12B358
10.9.3 应用程序设计362

第11章 SAM3U处理器存储设备接口375
11.1 快速Flash编程接口和增强内嵌Flash控制器375
11.1.1 快速Flash编程接口FFPI375
11.1.2 增强内嵌Flash控制器EEFC382
11.1.3 应用程序设计390
11.2 静态存储器控制器394
11.2.1 概述394
11.2.2 功能描述397
11.2.3 应用程序设计1415
11.2.4 应用程序设计2422
11.3 高速多媒体卡接口HSMCI429
11.3.1 概述429
11.3.2 功能描述431
11.3.3 应用程序设计436

第12章 SAM3U处理器通信接口448
12.1 串行外设接口SPI448
12.1.1 概述448
12.1.2 功能描述449
12.1.3 应用程序设计457
12.2 双线接口TWI463
12.2.1 概述463
12.2.2 功能描述465
12.2.3 应用程序设计481
12.3 同步串行控制器(SSC)487
12.3.1 概述487
12.3.2 功能描述489
12.3.3 应用程序设计494
12.4 USB高速设备接口UDPHS512
12.4.1 概述512
12.4.2 功能描述514
12.4.3 应用程序设计525

第13章 MP3 Player设计与实现547
13.1 无OS的MP3 Player设计与实现547
13.1.1 SD卡结构及读写方法547
13.1.2 FAT32文件系统553
13.1.3 WM8731音频编解码器557
13.1.4 MP3软件解码559
13.1.5 无OS的MP3设计与实现560
13.2 基于CoOS的MP3 Player设计与实现565
13.2.1 总体结构565
13.2.2 相关知识的介绍566
13.2.3 MP3 Player的设计571
13.2.4 MP3 Player的实现576
参考文献579

　　1.3.3 SAM3U系列MCU的优点
　　SAM3U处理器的主要优点如下：
　　①采用Cortex-M3V2.0内核，工作频率可达96MHz，其特点已在1.1 节中介绍了。
　　②带有双块Flash，用户可选择启动块，并可安全实现包括启动程序在内的在线编程（IAP，InApplica。TionProgramming）。
　　③带有MP’U（内存保护单元），可实现多任务的安全性，保护代码不被破坏。
　　④高带宽的数据传输结构，可实现数据高速传输和数据处理的并行。
　　Flash与专用的指令总线相连接；
　　5层AHB总线矩阵，可以允许在不同总线上同时有数据传输；
　　分布式的SRAM；
　　1个uSB专用DMA通道、4个全功能DMA通道和17个易用的PDC通道。
　　⑤处理器内部有2个独立的APB／AHB桥接设备，以下高速设备都采用高速桥接，使之能达到最高的带宽：
　　USB高速设备，可达425Mbps；
　　SPI接口，可达48Mbps；
　　SDIO／SDCard接口，可达192Mbps；
　　内存映射的FPGA和ASSP；对于7ns的SRAM外部总线接口可达500Mbps。
　　⑥带高速USB设备，并集成了USB收发器。
　　专用的DMA控制器和总线层，大规模数据传输无须增加CPU负载；
　　有一个4KB的双口存储器，用于存放全包有效数据；可防止缓存的上溢／下溢；简化系
　　统时钟；每个USB端点用于存放LISB微帧的块缓存高达3个；
　　⑦个可配置的LISB端点，端点类型、双端口缓存大小等均可配置；
　　支持多种复合设备结构，例如：CDC：一HID、AUDIO一HID等。
　　这些特点使得该处理器的LISB传输可以达到非常高的速度，批量传输可达53.2 4MB／s，等时和中断传输可达49.1 5.MB／s，控制传输也可达15.8 7.MB／s。因此，该处理器特别适用于以下需要高速USB传输的领域：
　　版权钥匙（uSBDongle）；
　　高速数据记录器（DataLogger）；
　　PC外围USB设备：网络摄像头、打印机、外部硬盘等。
　　⑦LJSART支持SPI模式，这使得SAM3U处理器最多可以有5个SPI接口，1个带4个片选的SPI和4个USART。
　　⑧同步串行控制器（SSC）提供与外部器件的同步通信。它支持很多用于音频及电信应用中常用的串行同步通信协议，如IS、短帧同步、长帧同步等。

　　Atmel公司于2009年6月推出了世界上第一块带有片上高速LISB器件的ARMCortex-M3闪存微控制器SAM31J，之后还将陆续推出SAM3N、SAM3S、SAM3X／A等SAM3系列处理器。
　　本书是一本介绍基于MDK进行SAM3U处理器开发应用的书籍，也可作为SAM3系列处理器学习的参考手册。全书的内容分13章，可以分为如下4个部分。
　　第1部分包括第1～6章，对Cortex-M3处理器内核作介绍。在对Cortex-M3处理器结构作基本介绍的基础上，详细介绍了Cortex-M3处理器的编程模型、总线架构、存储结构、异常处理机制、Thumb一2指令集、内存保护单元、调试系统，以帮助读者熟悉和掌握Co，.tex-M3处理器应用开发的基本知识。熟悉Cortex-M3处理器结构的读者可以略过此部分。
　　第2部分包括第7～9章，分别简要介绍了SAM3U处理器的内部控制器与片上外设、EM-SAM3U开发板以及MDK使用方法，并在此基础上给出了一个简单的SAM3U例程，通过这个例程的读者可以初步掌握使用.MDK进行SAM3U处理器开发应用的准备知识。关于MDK的详细介绍，读者可以参考《ARM开发工具RealviewMDK使用入门》一书。
　　第3部分包括第10～12章，根据功能分别介绍SAM3U处理器的所有片上控制器和片上外设，对于每个接口模块都详细介绍其结构、特点、功能，并在此基础上为读者提供一个小的应用实例，所有的实例都给出硬件原理图、部分源代码及运行结果。这部分章节内容的安排在取舍上确实有些两难，尤其是对于寄存器的介绍。英文水平好的读者可能会觉得罗列这些寄存器没有太大的意义；而很多不习惯阅读英文手册的读者又特别希望能有中文的寄存器详细介绍。本书在介绍每个片上控制器和片上外设时只列出相关用户接口控制寄存器的简表。为此弥补这方面的缺陷，作者组织了武汉理工大学UP团队的一些学生对SAM3U手册的一些章节作了翻译并放在up.whut.edu.cn网站上，这些中文手册没有经过严格的校对。不用于生产和研发。仅供读者参考，也特别欢迎读者能帮助我们修正其中的错误。
　　第4部分是第13章，介绍了一个基于SAM3U处理器的综合应用实例-MP3Player的设计，分别给出了无操作系统的设计实现和基于实时操作系统Coo（：oxOS和肚CGUI的设计实现。该实例综合应用了GPIO、UART、ADC、USB、SPI、SDCard、LCD、TSP、Speaker.等接口模块和外部设备。