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Cortex M3权威指南(中文).pdf
pre
译序
原作序
前 言
缩略语
其它参考资料
占位符1-8，为目录保留
chpt01 介绍
ARM Cortex-M3 处理器初探
Cortex-M3 处理器内核 vs. 基于Cortex-M3的MCU
ARM及ARM架构的背景
ARM的各种架构版本
处理器命名法
指令系统的开发
Thumb-2指令集体系体系结构（ISA）
Cortex-M3处理器的舞台
深入研究用的读物
chpt02 Cortex-M3概览
简介
寄存器组
R0-R12：通用寄存器
Banked R13: 两个堆栈指针
R14：连接寄存器
R15：程序计数寄存器
特殊功能寄存器
操作模式和特权极别
内建的嵌套向量中断控制器
存储器映射
总线接口
存储器保护单元（MPU）
指令集
中断和异常
调试支持
Cortex-M3的品性简评
先进的中断处理功能
低功耗
系统特性
调试支持
chpt03
Cortex-M3基础
寄存器组
通用目的寄存器R0-R7
通用目的寄存器R8-R12
特殊功能寄存器
堆栈指针R13
连接寄存器R14
程序计数器R15
特殊功能寄存器组
程序状态寄存器（PSRs或曰PSR）
PRIMASK, FAULTMASK和BASEPRI
操作模式
异常与中断
向量表s
栈内存操作
堆栈的基本操作
Cortex-M3堆栈的实现
再论Cortex-M3的双堆栈机制
复位序列
chpt04 指令集
汇编语言基础
指令集
未支持的指令
近距离地检视指令
汇编语言：数据传送
汇编语言：数据处理
汇编语言：子程呼叫与无条件转移指令
汇编语言：标志位与条件转移
汇编语言：指令隔离(barrier)指令和存储器隔离指令
汇编语言：饱和运算
CM3中的一些前卫的指令
MRS和MSR
IF-THEN
CBZ和CBNZ
SDIV和UDIV
REV, REVH,REV16以及REVSH
RBIT
SXTB, SXTH, UXTB, UXTH
BFC/BFI，UBFX/SBFX
LDRD/STRD
TBB,TBH
chpt05 存储器系统
存储系统功能概览
存储器映射
存储器访问属性s
存储器的缺省访问许可
位带操作
位带操作的优越性
在 C 语言中使用位带操作
非对齐数据传送
互斥访问
译者添加的选读材料：互斥访问的深入研究
端模式
chpt06 实现Cortex-M3的整体风景
流水线
详细的框图
Cortex-M3的总线接口
I-Code总线
D-Code总线
系统总线
外部私有外设总线
调试访问端口总线
Cortex-M3的其它接口
外部私有外设总线
典型的连接方式
复位信号
chpt07 异常
异常类型
优先级的定义
向量表
中断输入及悬起行为
Fault类异常
总线Faults
存储器管理faults
硬fault
应对faults
SVC和PendSV
chpt08 NVIC与中断控制
NVIC概览
中断配置基础
中断的使能与除能
中断的悬起与解悬
优先级
活动状态
PRIMASK与FAULTMASK特殊功能寄存器
BASEPRI寄存器
其它异常的配置寄存器
中断建立全过程的演示
软件中断
SysTick定时器
chpt09 中断的具体行为
中断／异常的响应序列
入栈
取向量
更新寄存器
异常返回
嵌套的中断
咬尾中断
晚到（的高优先级）异常
异常返回值
中断延迟
异常响应期间的faults
入栈期间
出栈期间
取向量期间
无效返回时
chpt10 Cortex-M3的低层编程
概览
使用汇编
使用C
汇编与C的接口
典型的开发流程
第一步工作
与外界互动
“Hello World”示例程序
使用数据存储器
使用互斥访问实现信号量操作
使用位带实现互斥锁操作
使用位段提取与查表跳转
chpt11 使用异常系统
使用中断
建立堆栈
建立向量表
建立中断优先级
使能中断
异常/中断服务例程
软件触发中断
异常服务例程的范例
使用SVC
SVC示范：用于输出函数
在C中使用SVC
chpt12 编程进阶与系统行为
在系统中使用双堆栈
双字的堆栈对齐方式
非基级的线程模式
当处理器被锁定(Lockup)时
锁定情形下的众生相
避免被锁定
chpt13 Cortex-M3的其它特性
SysTick定时器
电源管理
多处理机通信
自复位控制
chpt14 存储保护单元MPU
译者添加的
引子
MPU概览
MPU的寄存器组
MPU类型寄存器MPUTR
MPU控制寄存器MPUCR
MPU region号寄存器MPURNR
MPU基址属性及容量寄存器MPUBASR
MPU region属性及容量寄存器MPURASR
TEX,C,B对存储器类型的决定
缓存方针编码
启用MPU
MPU的典型设置
使用子region除能的示例
chpt15 调试系统架构
调试特性概览
CoreSight技术概览
处理器的调试接口
DP模块，AP模块和DAP
跟踪接口
CoreSight的性质
调试模式
调试事件
Cortex-M3中的断点
调试时访问寄存器
内核的其它调试特性
chpt16 调试组件
简介
Cortex-M3的跟踪系统
跟踪系统：数据观察点与跟踪(DWT)
跟踪组件：指令跟踪宏单元（ITM
基于ITM的软件跟踪
基于ITM和DWT的硬件跟踪
ITM时间戳
跟踪组件：嵌入式跟踪宏单元
跟踪组件：跟踪端口接口单元（TPIU）
闪存地址重载及断点单元（FPB）
AHB访问端口
ROM表
chpt17 开始Cortex-M3开发
选择一款Cortex-M3产品
Cortex-M3版本0与版本1的区别
开发工具
C编译器
嵌入式操作系统支持
chpt18 ARM7应用程序移植到Corrtex-M3
简介
系统性质
存储器映射
中断/异常系统
MPU
系统控制
操作模式
汇编源程序
Thumb状态
ARM状态
C源程序
预编译的目标文件
优化
chpt19 使用GNU工具链开始Cortex-M3开发
背景
获取GNU工具链
开发流程
示例程序
例1：第一个程序
例2：连接多个文件
例3：一个简单的”Hello World”程序
例4：把数据放到RAM中
例5：纯C程序
例6：纯C程序，带有标准C启动代码
使用未支持的指令
GNU C编译器的内联汇编
chpt20 KEIL RealView Microcontroller
Development Kit（RVMDK）使用入门
简介
uVison使用入门
测试示例程序
使用调试器
指令模拟器
使用中断实现的秒表示例程序
译者添加的汇编子程序写法
apdxA Cortex-M3指令小结
16位 Cortex-M3指令汇总
32位 Coxtex-M3指令汇总
apdxB 16位Thumb指令及架构版本
apdx
C Cortex-M3异常快速参考
apdx
D NVIC寄存器小结
中断控制器类型寄存器ICTR
SysTick控制及状态寄存器
SysTick重装载数值寄存器
SysTick当前数值寄存器
SysTick校准数值寄存器
SETENA/CLRENA 寄存器族
SETPEND/CLRPEND 寄存器族
ACTIVE 寄存器族
中断优先级寄存器阵列
CPUID寄存器
中断控制及状态寄存器ICSR
向量表偏移量寄存器(VTOR)
应用程序中断及复位控制寄存器(AIRCR)
系统控制寄存器
配置与控制寄存器
系统异常优先级寄存器
系统Handler控制及状态寄存器SHCSR
存储器管理fault 状态寄存器(MFSR)
总线fault 状态寄存器(BFSR)
用法fault 状态寄存器(UFSR)
硬fault 状态寄存器
调试fault 状态寄存器(DFSR)
辅助fault 地址寄存器(AFAR)
MPU 类型寄存器MPUTR
MPU 控制寄存器MPUCR
MPU region 号寄存器MPURNR
MPU region属性及容量寄存器MPURASR
调试停机控制及状态寄存器DHCSR
调试内核寄存器选择者寄存器DCRSR
调试内核寄存器数据寄存器DCRDR
调试乃及监视器控制寄存器DEMCR
软件触发中断寄存器STIR
中断优先级寄存器阵列
apdx
E Cortex-M3疑难解答
简介
设计Fault服务例程
上报fault状态寄存器
上报入栈的PC
其它注意事项
理解发生fault的原因
MemManage fault状态寄存器提供的讯息
总线fault状态寄存器提供的讯息
用法fault状态寄存器提供的讯息
硬fault状态寄存器提供的讯息
调试fault状态寄存器提供的讯息
Cortex‐M3 权威指南
初稿
前置
Cortex-M3 权威指南
Joseph Yiu 著
宋岩 译
‐ 1 ‐
Cortex‐M3 权威指南
初稿
前置
译序
我接触 ARM 的历史约 4 年，早期是很欣赏这类处理器，到了后来切身使用它们的机会
越来越多，慢慢地有了感觉，也更加喜欢了。在偶然听说 Cortex‐M3 后，我就冥冥地感到它
不寻常。只是因为其它工作一直没有去了解它，直到今年初才进一步学习，很快就觉得相知
恨晚。当时只能看 ARM 官方的重量级资料，在看到这本书的英文原稿后，更感觉被电到了
一样，于是突然有了把它翻译成中文的冲动。经过累计约 150 个小时的奋战，终于有了此译
稿。在翻译过程中，我始终采用下列指导思想：
1. 尽量使用短句，并且把句子口语化。我认为高深的道理不一定要用高级的语法句型才能
表达。想想看，即使是几位博士互相聊天讨论一个课题，也还是使用口语吧，而且火花
往往就是在这种讨论中产生呢！
2. 多用修辞方法，并且常常引用表现力强的词汇——甚至包括网络用语和脍炙人口的歌词。
另外，有时会加工句子，使得风格像是对话。这样做的目的是整个文风更鲜活——有点
像为写出高分作文而努力的样子。这点可能与很多学术著作的“严肃、平实”文风不同，
也是一次大胆的尝试。还希望读者不吝给予反馈。
3. 在“宏观”上直译，在“微观”上意译。英语不仅单一句子的语法和汉语不同，并且句
子的连贯方式也与汉语不同。因此在十几个到几十个单词的范围内，我先把它们翻译成
脑子里的“中间语言”，再把中间语言翻译成汉语。这样，就最大地避免了贻笑大方的
“英式汉语”。
4. 有些术语名词不方便翻译成汉语，或者目前的翻译方式不统一，或者与其它术语翻译的
结果很接近，如 error 和 fault，就只能用英语意会。此时我就保留英文单词，相信这样
比硬生生地翻译成汉语还好。这些词汇主要是:retarget, fault, region 等。另外，英文中有
一个很能精练表达“两者都”意思的单词及其用法：”both”，我也常常保留之。
5. 图表对颜色的使用比较丰满，尤其是比较大型的插图，相信这样能帮助读者分析和理解。
插图是从原图直接复制的，因此矢量图变成了位图，无法再适应任何比例的缩放。不过，
我在复制原图时，把原图以 200%的比例放大，从而提高了图片的质量。
6. 我在很多地方加了译注。比较短的译注就直接以“（）”加在文字后面。比较长的译注则
为它开出一个“文字池”，放到相应的“.text”后面并与之相临。早期的译注多用于解释
一些不是很广为人知的术语，后期的译注则更多是我认为有必要补充的内容，包括读者
在阅读过程中可能会产生的问题，容易混淆的概念，深入理解等。
7. 我对少量自然段作了改编。也有个别部分译自 ARM 提供的权威文档。
本书的翻译工作在 40%进度的时候是最困难的时期，有一种好像长跑中遇到了所谓“极
限”的感觉。望着距离掉下去还有那么高的滚动条，甚至都有停住的自我暗示了。那天刚好
是哀悼日的第一天，我本来情绪很低沉，但在我看到默哀完毕，天安门广场上排山倒海般地
呐喊“中国加油”时，我突然有了强烈的共振感觉，那是一种热泪盈眶的激动和感叹，甚至
觉得他们就是在鼓励我！让我一下子振作起来，找回了比刚开始还要强烈的干劲，并且更加
信心满满。这种精神力量一直推动我翻译完最后一个字，并且还有“余勇可贾”的快感^_^
整个翻译的时间跨度是在 2008.05.10‐2008.06.07，共计 28 天。不知这是否算得上很“仓
促”。想必有很多句式还能改得更好，甚至还有错别字等低级错误。我使用了五笔输入法，
可能错别字会错得很离奇，不过肯定逃不过读者雪亮的双眼的。希望读者在发现错误后批评
指正。反馈地址是：rock.song@hotmail.com，也可以通过QQ:9471202/9312500。
本译稿草稿完成后，我交给几位好友去试读和审校，得以揪出了很多大大小小的 bugs。
他们是：浮云，土豆波，美眉 Y 和小胖，在这里以点名表示感谢！
宋 岩 2008.07.02
‐ 2 ‐
Cortex‐M3 权威指南
初稿
前置
原作序
谁是最节能，最擅长把好钢用在刀刃上的人？要让我说，我一定得表一表单片机
的开发者。他们使出浑身解术，写出精妙玲珑的代码，把单片机点点滴滴的力量汇集起
来，让它如同涌泉一般尽情地迸发，灌溉滋养着各行各业。是什么灵丹妙药赐予了他们
这么神奇力量？除了好的处理器之外，还要配合好的开发环境和工具链。也正出于此，
在设计ARM7TDMI处理器时，ARM的工具链工程师们和CPU设计师们强强联手，为了
让它的内部结构更优化、更精练、更到位而并肩奋战了很多日日夜夜，终于有了
ARM7TDMI的无限辉煌，并且久经岁月的洗礼依旧光芒绽放。
珠联璧合的最新果实，是破茧而出的ARM Cortex-M3处理器。这个小尤物，处处
闪耀着ARM体系结构激动人心的新突破。它基于最新最好的32位ARMv7架构——这个
架构支持高度成功的Thumb-2指令集，还有很多时尚、前卫甚至崭新的特性，充满了
新生代的气息。它在很好、很强大的同时，编程模型却变得更加清新爽洁了。不管你是
祖国的花朵、是人民教师、还是精明的商人，也无所谓是新手还是骨灰级玩家，
Cortex-M3都将尽情展现它的秀外慧中，带给你喜出望外的收获和“激活”！
ARM嵌入式解决方案主任
Wayne Lyons
‐ 3 ‐
Cortex‐M3 权威指南
初稿
前置
前 言
不管你是做软件的还是做硬件的，只要相中了ARM的Cortex‐M3处理器，这本
书就是为你而写。以前Cortex‐M3的资料只有两个大部头，分别是：
《Cortex‐M3技术参考手册》（Cortex‐M3 Technical Reference Manual, 简
称Cortex‐M3 TRM）
《ARMv7‐M应用程序级架构参考手册》（ARMv7‐M Application Level
Architecture Reference Manual）
虽然这它俩差不多是权威到“古文观止”级的，但实在是太深入了，以致于对
新手来说那简直就是天书。本书则是一个精简版，并且叙述的前后更有条理。目
标读者包括：一线程序员，嵌入式产品设计师，片上系统（SoC）工程师，嵌入
式系统发烧友，学院研究员，还包括所有涉猎过单片机和微处理器领域，慧眼识
珍看中了Cortex‐M3的人民大众们。
本书要给Cortex‐M3的架构做一个简介，浏览一下指令系统，写几个段代码练
练手，说一些硬件特性，再表一表该处理器精深的调试系统。本书还给出了应用
程序范例，手把手地教你使用开发工具，包括ARM的工具和GNU的工具链。如果
你以前是ARM7TDMI的玩家，正准备着升级装备到Cortex‐M3，本书也非常解渴，
里面讲述了两者的不同，以及鸟枪换炮的升级过程。
‐ 4 ‐
Cortex‐M3 权威指南
初稿
前置
缩略语
缩写代号 含义
行业领域专用集成电路
先进跟踪总线
字节不变式大端模式
每条指令的周期数
中央处理单元
调试访问端口
数字信号处理器／数字信号处理
数据观察点及跟踪
嵌入式跟踪宏单元
闪存地址重载及断点
在线仿真器
集成开发环境
中断请求（通常是指外部中断的请求）
指令系统架构
中断服务例程
指令跟踪宏单元
连结点测试行动组（一个关于测试和调试接口的标准）
Fault状态寄存器
CoreSight AHB跟踪宏单元
JTAG调试端口
AHB访问端口
先进单片机总线架构
先进外设总线
AMBA设计套件
先进高性能总线
ADK
AHB
AHB‐AP
AMBA
APB
ARM ARM ARM架构参考手册
ASIC
ATB
BE8
CPI
CPU
DAP
DSP
DWT
ETM
FPB
FSR
HTM
ICE
IDE
IRQ
ISA
ISR
ITM
JTAG
JTAG‐DP
LR
LSB
LSU
MCU
MMU
MPU
MSB
MSP
NMI
NVIC
OS
PC
PSP
PPB
连接寄存器
最低有效位
加载/存储单元
微控制器单元（俗称单片机）
存储器管理单元
存储器保护单元
最高有效位
主堆栈指针
不可屏蔽中断
嵌套向量中断控制器
操作系统
程序计数器
进程堆栈指针
私有外设总线
‐ 5 ‐
Cortex‐M3 权威指南
初稿
前置
; 把寄存器R1中的数据移至R0
本书大面积地使用了如下的排版字体约定：
• 普通汇编代码
MOV R0, R1
• 以模式化语法表示的汇编代码——编程时必须使用真实的寄存器名字
MRS , ;
• C 程序代码
for (i=0;i<3;i++) { func1(); }
• 伪代码
if (a > b) { ...
• 数值:
1. 4'hC , 0x123 都表示16进制数
2. #3表示数字3 (e.g., IRQ #3 就是指3号中断)
3. #immed_12表示一个12位的立即数
4. 寄存器位。通常是表示一个位段的数值，例如
bit[15:12] 表示位序号从15往下数到12，这一段的数值。
• 寄存器访问类型
1. R 表示只读
2. W表示只写
3. RW 表示可读可写（前3条好像地球人都知道）
4. R/Wc 表示可读，但是写访问将使之清 0
‐ 6 ‐
Cortex‐M3 权威指南
初稿
前置
其它参考资料
1． Cortex-M3 Technical Reference Manual (TRM) (Cortex-M3技术参考手册)
请从www.arm.com/documentation/ARMProcessor_Cores/index.html下载
2． ARMv7-M Architecture Application Level Reference Manual(ARMv7-M应用级架构参考
手册)
请从www.arm.com/products/CPUs/ARM_Cortex-M3_v7.html下载
3．CoreSight Technology System Design Guide（CoreSight技术系统设计指导）
请从www.arm.com/documentation/Trace_Debug/index.html下载
4． AMBA Specification (AMBA规格书)
请从www.arm.com/products/solutions/AMBA_Spec.html下载
5． AAPCS Procedure Call Standard for the ARM Architecture(AAPCS ARM架构过程调用
标准)
请从www.arm.com/pdfs/aapcs.pdf下载
6． RVCT 3.0 Compiler and Library Guide(RVCT 3.0编译器及库向导)
请从www.arm.com/pdfs/DUI0205G_rvct_compiler_and_libraries_guide.pdf下载
7． ARM Application Note 179: Cortex-M3 Embedded Software Development(ARM应用笔记
179：Cortex-M3嵌入式软件开发)
请从www.arm.com/documentation/Application_Notes/index.html下载
‐ 7 ‐
Cortex‐M3 权威指南
初稿
前置
占位符 1，为目录保留
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