嵌入式系统中的双核技术
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品牌: 邵贝贝
基本信息·出版社：北京航空航天大学出版社
·页码：323 页
·出版日期：2008年
·ISBN：7811243709/9787811243703
·条形码：9787811243703
·包装版本：1版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
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内容简介本书以16位MC9S12XD/XE系列双核单片机为例，介绍双核单片机的优势和开发方法。
从介绍双核单片机的背景知识开始，讲述双核单片机基本硬件系统的设计方法；主处理器初始化协处理器并将部分工作交给协处理器完成的过程；主、协两个处理器的通信机制与克服竞争的方法；用C语言编写双核单片机的应用程序；建立双核单片机应用程序调试的环境；利用商用软件CodeWarrior的教学版本，将嵌入式实时多任务操作系统μC/OSⅡ移植到双核单片机上，建立基于RTOS的开发环境；同时给出了几个实现双核系统应用的范例和源代码，包括利用协处理器提升RTOS性能的方法；还简要介绍了单片机片内容错与纠错技术、双时钟技术和FlexRay通信技术等伴随单片机双核技术发展起来的一些新技术，这些技术的发展与应用将进一步提高嵌入式控制系统的可靠性。
本书可作为相关专业研究生课程教材，也可供理工科大专院校电类本科生和嵌入式控制系统开发应用工程师参考。
目录
第1章 单片机技术发展新趋势及双核单片机1
1.1 片上系统以及应用系统单片化趋势2
1.2 以存储器为核心制订解决方案3
1.3 使用实时操作系统6
1.4 MISRA标准C7
1.5 协处理器在单片机中的应用8
1.6 单片机世界中的双核单片机9
1.6.1 双核单片机系列的由来10
1.6.2 双核单片机的基础——单核单片机系列11
1.7 MC9S12系列单片机14
1.7.1 MC9S12A系列和B系列16位单片机14
1.7.2 带CAN总线的MC9S12D系列16位单片机15
1.7.3 MC9S12DP512单片机16
1.7.4 低供电电压的16位单片机18
1.7.5 带USB接口的16位单片机18
1.7.6 带以太网接口的16位单片机19
1.8 使用CPU V1的双核单片机系列19
1.8.1 S12XA系列单片机19
1.8.2 S12XB系列单片机21
1.8.3 S12XD系列单片机21
1.8.4 带液晶、步进电机驱动模块的双核S12XHZ系列单片机23
1.8.5 带液晶驱动的单核单片机25
1.9 使用CPU V2内核的S12X系列单片机26
1.9.1 S12X CPU V2内核26
1.9.2 S12XE系列单片机26
1.10 支持FlexRay通信协议的S12XF系列单片机27
1.10.1 FlaxRay通信协议27
1.10.2 S12XF系列单片机29
1.10.3 S12XS系列单片机30
1.11 双核单片机的开发工具31
1.11.1 软件开发工具31
1.11.2 动态调试方法32
1.12 双核单片机中的其他新技术32
1.12.1 片内容错与纠错技术32
1.12.2 片内存储器资源管理技术33
1.12.3 编译、调试技术的新发展34
第2章 单片机基本系统的硬件设计36
2.1 16位单片机36
2.1.1 带协处理器的16位单片机37
2.1.2 MC9S12XDP512单片机38
2.2 单片机基本硬件系统43
2.2.1 MC9S12XD的基本硬件系统44
2.2.2 监控程序45
2.2.3 体验机器码48
2.3 利用异步串行口实现人机通信50
2.3.1 串行通信协议RS232标准50
2.3.2 ASCII码52
2.3.3 串行数据格式53
2.3.4 RS232C电缆的连接方法54
2.3.5 通信速率54
2.4 MC9S12XD单片机系统的硬件设计55
2.5 运行模式60
2.5.1 单片运行模式60
2.5.2 扩展运行模式61
2.6 MC9S12XE单片机系统的硬件设计62
第3章 主处理器及其指令集67
3.1 主处理器的内部寄存器结构67
3.1.1 S12X V1内核的CPU内部结构67
3.1.2 S12X V2内核的CPU内部结构69
3.1.3 16位CPU与8位CPU的对比70
3.1.4 32位CPU与16位CPU的对比71
3.2 内存空间分配72
3.3 S12X的内存扩展与管理74
3.3.1 S12X CPU寻址空间的扩展74
3.3.2 Flash页面管理寄存器PPage75
3.3.3 RAM页面管理寄存器RPage75
3.3.4 EEPROM页面管理寄存器EPage76
3.3.5 S12X用全程寄存器扩展寻址空间77
3.3.6 全程寄存器GPage77
3.4 S12X CPU V2内核的内存管理81
3.5 CPU12X汇编指令集83
3.6 指令按功能分类83
3.6.1 数据传送指令84
3.6.2 堆栈指针指令85
3.6.3 算术与逻辑运算指令86
3.6.4 程序控制指令90
3.6.5 循环控制指令92
3.6.6 测试与位操作指令93
3.7 CPU12X的模糊逻辑指令93
3.8 指令按寻址方式分类95
3.8.1 隐含寻址95
3.8.2 立即数寻址96
3.8.3 直接寻址96
3.8.4 扩展寻址96
3.8.5 变址寻址96
3.8.6 带自动加、减5位偏移量的间接寻址97
3.8.7 相对寻址97
3.9 汇编指令表98
3.10 指令的机器码组织99
3.11 用汇编语言编写程序100
3.11.1 汇编程序的格式100
3.11.2 汇编管理指令101
3.12 汇编语言程序设计举例102
3.13 码的转换类子程序105
3.14 汇编语言编程技巧108
第4章 协处理器110
4.1 协处理器的寻址空间111
4.1.1 I/O寄存器空间112
4.1.2 Flash空间113
4.1.3 RAM空间113
4.1.4 RAM的分配与保护114
4.2 协处理器CPU的内核结构115
4.3 协处理器的寻址方式118
4.4 协处理器的汇编语言和CPU指令集120
4.5 复位和中断129
4.5.1 中断向量表129
4.5.2 中断向量基地址寄存器132
4.6 与协处理器相关的寄存器133
4.7 协处理器汇编程序的例子140
4.8 CISC与RISC的比较141
第5章 用C语言开发应用程序144
5.1 C语言是开发单片机应用软件的有力工具144
5.2 开发嵌入式应用的C编译器的特点146
5.2.1 编译过程与集成开发环境146
5.2.2 不要使用初始化变量148
5.2.3 注意函数的可重入性149
5.3 建立C语言程序运行环境150
5.4 应用程序模块化153
5.5 合理使用全局变量和局部变量154
5.6 函数的结构与函数间参数的传递155
5.7 在C程序中直接操作硬件157
5.8 程序模块的框架与组织158
5.9 程序的链接与定位159
5.10 用C语言写XGate程序161
第6章 使用嵌入式实时操作系统165
6.1 嵌入式实时操作系统μC/OSⅡ165
6.2 移植μC/OSⅡ167
6.2.1 根据应用定义内核的大小和功能169
6.2.2 修改OS_CPU.H文件172
6.2.3 编写OS_CPU_C.C文件174
6.2.4 产生时钟节拍中断186
6.3 制作用户自己的项目189
6.3.1 主程序main.c189
6.3.2 3个任务192
6.3.3 链接与程序定位192
6.4 精心分配RAM资源195
6.4.1 RAM空间的分页管理195
6.4.2 估算μC/OSⅡ占用的RAM资源197
6.4.3 估算内核占用RAM空间举例203
第7章 BDM后台调试模式205
7.1 S12X BDM概述205
7.2 进入BDM模式206
7.3 BDM通信协议及底层软件207
7.3.1 BDM调试的相关寄存器207
7.3.2 BDM指令基本结构209
7.3.3 测量目标系统的时钟频率210
7.3.4 BDM基本操作——读/写单字节211
7.3.5 BDM指令的组织215
7.4 BDM简单应用218
7.4.1 用BDM对Flash编程218
7.4.2 通过BDM显示存储器内容219
7.5 TBDML工具221
第8章 单片机软件开发工具使用入门224
8.1 商用软件开发工具CodeWarrior for HCS12224
8.2 安装CodeWarrior225
8.3 建立一个简单的工程225
8.4 自动生成的文件系统229
8.5 写一个汇编程序231
8.6 编写一个最简单的C程序233
8.7 编写一个能看到演示效果的C程序235
8.8 增加新程序模块236
8.9 建立双核工程236
8.10 定义装载地址和复位向量241
第9章 应用工程实例1——用协处理器管理SCI243
9.1 定义主从CPU的共享变量和数据区243
9.2 协处理器的中断服务程序245
9.3 主CPU响应来自协处理器的中断247
9.4 协处理器的初始化248
9.5 程序清单main.c249
9.6 程序清单xgate.h251
9.7 程序清单xgate.cxgate252
9.8 程序清单链接参数文件.prm256
第10章 应用工程实例2——用协处理器处理μC/OSⅡ时钟节拍中断260
10.1 μC/OSⅡ的时钟节拍260
10.1.1 μC/OSⅡ的时钟节拍函数260
10.1.2 钟节拍函数 OSTimtick() 的一个节拍服务261
10.2 用XGate实现μC/OSⅡ的时钟节拍262
10.3 范例工程267
10.3.1 main.c 267
10.3.2 xgate.cxgate271
10.4 XGate的使用与程序调试276
10.4.1 XGate的状态276
10.4.2 XGate程序的下载276
10.4.3 XGate程序中的常见错误277
10.4.4 XGate程序的调试278
10.5 效果测试与分析279
附录A MC9S12X系列单片机开发工具包281
A.1 概述281
A.1.1 HCS12X系列单片机281
A.1.2 HCS12X开发工具包组件281
A.2 MC9S12XEP100开发板及与PC通信282
A.2.1 MC9S12XEP100开发板282
A.2.2 开发板工作模式的选择284
A.2.3 开发板的硬件连接284
A.2.4 PC的设置284
A.3 监控程序及监控命令详解287
A.3.1 命令详解287
A.3.2 改变波特率290
A.3.3 复位、中断向量表292
A.3.4 用户可以使用的RAM空间292
附录B 协处理器XGate指令机器码表293
附录C S12X CPU汇编指令表296
附录D S12X CPU指令机器码表320
参考文献324
……[看更多目录]
序言随着集成电路技术的高速发展，用于控制领域的单片机内部开始使用双核技术，在主CPU的管理下，另一个CPU内核——协处理器将用来专门处理外部事件。这种双核技术虽然大幅度提升了控制系统的性能，但也增加了应用系统的开发难度。
在嵌入式系统中使用双核技术，是近年来单片机技术发展的一大亮点。本书是介绍双内核单片机开发技术的一本专著，介绍在开发普通单CPU类单片机应用的基础上，如何进一步开发带协处理器的双核单片机。普通单CPU类单片机的开发方法是我们多年来开发嵌入式应用的主要方法，它强调的是在线开发和不使用仿真器。我们在2004年出版的《单片机嵌入式应用的在线开发方法》一书中详尽描述了该方法。本书在此基础上主要增加了协处理器的开发技术，并作为清华大学研究生精品课“嵌入式实时系统与单片机应用”的后续教材之一。
除了讲述双核单片机的开发技术，书中还介绍了开源的实时操作系统（RTOS）μC/OSⅡ的移植和使用。μC/OSⅡ是国内很有影响力的单片机嵌入式RTOS。双核技术的应用，对提高RTOS的实时性、定时精度等技术指标有重要意义。由于最初的μCOS就是为早年传统的MC68HC11单片机写的，与其源码兼容的替代产品——S12系列单片机，是68HC11系列单片机的升级产品，而双核的S12X系列单片机中的一个内核与S12系列单片机兼容。使用或不使用双核单片机中的另外一个内核，μC/OSⅡ都是最佳的RTOS之一。本书还以工程实例的方式，介绍了如何使用协处理器提高μC/OSⅡ的实时性。
这本书也是为嵌入式应用开发工程师写的，由于16位单片机比8位单片机要复杂很多，所以对于那些急于开发产品而又不熟悉16位单片机的工程师，采用我们提供的开发工具，尽快把目标系统开发环境搭建起来，边开发、边学习，是多快好省的办法。本书也可供理工科大专院校电类本科生学习参考。
16位单片机性能强于8位单片机，与32位单片机相比，在运算能力上虽然相对低一些，但在嵌入式应用中却比32位单片机有独到的优势，16位CPU结构简单，寄存器入栈、出栈快，中断响应快。而2个16位CPU比1个32位CPU在嵌入式应用中优势会更加显著。16位单片机使用16位地址总线，指针变量只需要2 B，对内存的占用只有32位单片机的一半，而由此带来的64 KB寻址空间的限制是传统16位单片机的缺憾。以分页管理方式扩展存储空间到8 MB巧妙地解决了这个问题。特别是采用全线性编制方式，借助全局寄存器，使CPU可以直接读/写整个存储空间，在保持短指针变量优势的同时，创造性地解决了寻址空间不够的问题，特别适用于量身定制的控制系统的开发。因而作者在此强烈推荐和使用嵌入式应用中16位单片机的双核技术。虽然听到一些用户抱怨这种存储管理方式不如32位单片机用起来顺手，要求单片机设计人员提供类似32位单片机的线性内存编制方式，但这样，16位单片机的一些优势就丧失了。而目前存在的开发相对复杂的弊端，可以通过软件开发工具的完善予以解决。
本书的第1章简单介绍近年来以双核技术为代表的单片机技术发展的一些新亮点，以及双核单片机系列，目的在于强调单片机应用是个性化的，用户针对不同的应用，一定要选择最合适的单片机。第2章以带协处理器的16位单片机S12XDP512和S12XE100为例，给出开发双核单片机的一般方法：从设计单片机最小硬件系统开始，实现人与单片机通过串行口对话，尽快让单片机“活”起来。第3章和第4章分别介绍双核单片机的主处理器和协处理器，以及各自的指令集、汇编语言编程等。第5章讲解如何在单片机上建立C语言程序的运行环境，C语言和汇编语言是怎么接口的。第6章讲解如何将μC/OSⅡ移植到S12X单片机上。第7章介绍后台在线开发（BDM）方法的原理。第8章讲解商用软件CodeWarrior的使用方法入门。第9章通过用协处理器管理异步串行口的实例，给出第2个CPU内核的开发方法。第10章介绍如何使用协处理器提高μC/OSⅡ的实时性。在附录A中，给出相关开发套件及内嵌监控程序的使用方法;附录B、C和D是便于用户在开发中查阅的指令表。
感谢Freescale半导体公司对我校教学与科研的长期支持。感谢何峰、侯磊、卓开阔、冯泽东和谢俊红等研究生在研制MC9S12XDP512和MC9S12XE100开发板、BDM调试工具及提供应用范例程序等方面做出的贡献。参与本书编写的还有龚光华、薛涛和曾鸣等。
需求在增长，技术在发展，社会对人才的需求是无止境的，嵌入式系统中的双核技术刚刚起步，作者对其的了解及系统相关知识有限，不当之处请读者指正。
文摘插图：
