用基于ARM7的單片機(jī)實現(xiàn)32位系統(tǒng)

　　意法半導(dǎo)體發(fā)布了一個以ARM7核心為基礎(chǔ)的STR7單片機(jī)系列。STR7單片機(jī)內(nèi)置閃存存儲器以支持片內(nèi)的程序運行。ST提供多種開發(fā)支持，如評估板和應(yīng)用筆記。本文介紹了STR7系列單片機(jī)的特性和應(yīng)用。

　　隨著全球化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展與深入，終端產(chǎn)品功能的多樣化，8位或8051的工程師在設(shè)計工業(yè)控制器和模塊時，越來越需要復(fù)雜的以RISC(精簡指令系統(tǒng))為基礎(chǔ)的微處理器。由于有機(jī)能源的短缺和全球氣候變暖，對電子設(shè)備能耗的要求越來越高。意法半導(dǎo)體的STR7系列單片機(jī)內(nèi)置閃存存儲器，寄存器以一種很簡單的方式排列。STR7可以很方便地連接各種外部設(shè)備。ST提供豐富的應(yīng)用筆記和例行程序，有效地降低了應(yīng)用和學(xué)習(xí)的入門門檻。目前意法半導(dǎo)體提供三種評估板，STR710、STR720和STR730。

　　圖1. 評估板

　　有效地用好用熟一款單片機(jī)，最大限度地發(fā)揮硬件的效能是每一個工程師的目標(biāo)；首次接觸ARM的系統(tǒng)，要想達(dá)到上述目標(biāo)，對于一個用慣8位或16位單片機(jī)的工程師來說，最簡單及最有效的方法就是以較短的時間快速地瀏覽和學(xué)習(xí)，然后迅速地進(jìn)入一個設(shè)計項目，在工作中邊干邊學(xué)。STR7是一款以AR

M7TDMI為核心的通用單片機(jī)，它擁有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包含豐富的外設(shè)和復(fù)用的I/O端口，所有的片上外設(shè)都有對應(yīng)的寄存器控制。學(xué)好用好單片機(jī)，首先就是要熟練地掌握各種寄存器所控制的功能和它們的用法。有效地用好單片機(jī)的另個重要的問題是代碼執(zhí)行的效率，ARM7TDMI核心是RISC的結(jié)構(gòu)，"C"語言是最常用的編程工具，因此代碼的執(zhí)行效率與編譯器的效率密切相關(guān)，目前市面上所有支持ARM7的C語言編譯器都可用于STR7系列單片機(jī)，常見的編譯器有ARM公司的RealView和ADS、IAR公司的編譯器、KEIL公司的編譯器和在開放軟件協(xié)議框架下的GCC編譯器。

　　STR7系列特性

　　STR7系列單片機(jī)有三個子系列，即STR710、STR720和STR730。以下是他們的共同特性，表一和表二列出了STR710和STR720系列的主要參數(shù)。
　　-操作溫度范圍是-40℃到80℃。所以STR7單片機(jī)適合于設(shè)計工業(yè)應(yīng)用器材、需要戶外使用的產(chǎn)品以及需要苛刻工作環(huán)境的產(chǎn)品。
　　-盡管擁有外部存儲器接口(EMI)，許多單片機(jī)還內(nèi)嵌了80K字節(jié)至272K字節(jié)不等的閃存存儲器，每款STR710系列的單片機(jī)更另外內(nèi)嵌16K字節(jié)的閃存存儲器作為額外的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。閃存存儲器可擦寫10萬次，數(shù)據(jù)可保存20年。
　　-STR710和STR720系列單片機(jī)工作于3至3.6伏電壓，STR730系列單片機(jī)工作于4.5至5.5伏電壓；內(nèi)置的電壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生ARM7核心所需的1.8伏電壓，省卻了外接的電壓轉(zhuǎn)換器。
　　-電源供電管腳、A/D采樣的參考電壓和I/O管腳的供電均是獨立的輸入端；這一特性使得產(chǎn)品的電源設(shè)計更加方便和靈活，為產(chǎn)品設(shè)計的多樣性提供了方便，也有利于有效地處理電源的干擾問題。
　　-在不同的STR7產(chǎn)品上分別配置了USB(2.0全速)或CAN總線接口，這兩種串行通信接口已經(jīng)非常廣泛地應(yīng)用在許多工業(yè)及汽車領(lǐng)域。
　　-與其他ARM7的產(chǎn)品不同，STR7單片機(jī)配備了HDLC(高級數(shù)據(jù)鏈路控制)，這個串行通信協(xié)議廣泛地應(yīng)用于儀器設(shè)備的互連接口。
　　-STR7單片機(jī)擁有多達(dá)4個UART接口。
　　-通用輸入輸出端口(GPIO)可由寄存器的設(shè)置配置成多種不同的電氣特性：推拉輸出、內(nèi)置上拉輸入、開路輸出、TTL輸入、中斷觸發(fā)輸入、模擬輸入等。
　　-六種電源功耗模式提供了多種優(yōu)化能耗的手段和可能，這六種電源功耗模式為：全速、慢速、等待與低功耗等待、暫停和停止。
　　-所有STR7單片機(jī)都有獨立的JTAG調(diào)試接口，這個接口與所有的ARM產(chǎn)品的JTAG接口兼容，用戶可以使用任何的ARM工具調(diào)試開發(fā)任一款STR7的產(chǎn)品。

表 1. STR710產(chǎn)品和特性

　　STR7的應(yīng)用

　　-配備ARM7核心的單片機(jī)擁有相同的指令運行平臺，但不同的產(chǎn)品間仍有很大的差別；因此，應(yīng)用工程師必須詳細(xì)了解具體產(chǎn)品的存儲器映像、各種內(nèi)置外設(shè)的操作與特性，更重要的是各個寄存器的構(gòu)造和控制細(xì)節(jié)。在STR7中，所有的內(nèi)置外設(shè)都聯(lián)結(jié)在高速外設(shè)總線(APB)上，每一種外設(shè)的控制寄存器被有效地分配在一個4K字節(jié)的地址空間內(nèi)，所有外設(shè)的4K字節(jié)寄存器映像空間是按照一個特定的順序排列在制定的尋址范圍中。熟悉8位或16位單片機(jī)的工程師會發(fā)現(xiàn)，掌握STR7的技術(shù)難度相對較低，通常一個熟練的工程師只需二至三個月的時間即可有效地使用STR7進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。

　　圖 2. STR710的尋址空間分布

　　-為簡化用戶的開發(fā)工作，意法半導(dǎo)體開發(fā)了71xLibraryR.lib和71xLibraryD.lib 程序庫，它們集成了對STR710系列中各種外設(shè)的操作功能；使用STR710系列設(shè)計產(chǎn)品的工程師只要掌握相應(yīng)的應(yīng)用程序界面，即可方便地操作和使用各種STR7的外設(shè)，有效地縮短了客戶的設(shè)計開發(fā)周期。上述程序庫是以KEIL公司的C編譯器生成，可以在常用的ADS軟件環(huán)境下仿真調(diào)試。在提供編譯連接好的程序庫的同時，意法半導(dǎo)體還同時提供相應(yīng)的C源程序，應(yīng)用工程師可以經(jīng)過略加修改，將需要的庫函數(shù)包含在它自己的程序中，或使用其他的C編譯器環(huán)境。

圖3. 在KEIL的ARM開發(fā)環(huán)境下使用STR71x LIB

　　-用STR7單片機(jī)設(shè)計固件程序，設(shè)計工程師首先需要合理地安排外設(shè)的使用和輸入輸出端口的分配，然后對各種配置寄存器進(jìn)行編程。在確定了硬件環(huán)境的基礎(chǔ)后，軟件算法的實現(xiàn)將是主要的設(shè)計工作；KEIL的ARM開發(fā)環(huán)境中集成了一個STR7仿真器，可以用來有效地執(zhí)行和調(diào)試STR7的軟件算法。KEIL的ARM仿真器與KEIL的8051仿真器十分相似，熟悉805

1開發(fā)環(huán)境的工程師可以很快地掌握ARM的開發(fā)環(huán)境。這個開發(fā)環(huán)境及其仿真器是在Windows下的軟件，可以獨立于硬件仿真環(huán)境之外運行，因此固件程序的開發(fā)調(diào)試工作可以與硬件目標(biāo)板的開發(fā)工作同步進(jìn)行，這將有效地縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。另外，在8051開發(fā)方面領(lǐng)先的IAR公司，也提供支持STR7的編譯器和調(diào)試環(huán)境。
　　-將仿真和調(diào)試環(huán)境與STR7的結(jié)構(gòu)和程序庫緊密地結(jié)合起來，為工程師的調(diào)試尤其是初學(xué)者的學(xué)習(xí)提供了極大的便利。在KEIL的操作界面上，使用者可以清楚地看到STR7的結(jié)構(gòu)，包括存儲器的映像、寄存器的分配、外設(shè)的排列、外設(shè)寄存器的定義、中斷的優(yōu)先級管理等，涉及幾乎所有STR7的內(nèi)部器件。

　　圖 4. 在KEIL的開發(fā)環(huán)境下所看到的STR7

　　-KEIL的開發(fā)環(huán)境是一個設(shè)計友好的圖形界面，使用STR7的評估板和KEIL提供的JTAG硬件仿真器ULINK，工程師可以實時地察看外設(shè)寄存器和存儲器的內(nèi)容以及中斷響應(yīng)的情況，還能夠觀察輸入輸出端口的狀態(tài)；更重要的是，在這個環(huán)境下，可以在C源程序的級別設(shè)置執(zhí)行斷點設(shè)置、單步執(zhí)行、跳躍執(zhí)行或連續(xù)執(zhí)行等多種程序調(diào)試的操作。同時，KEIL開發(fā)環(huán)境可以直接執(zhí)行對STR7內(nèi)部閃存的燒錄。

　　圖5. STR710評估板與KEIL的ULINK硬件仿真器的連接示意

　　-STR720系列單片機(jī)內(nèi)置存儲器管理單元(MMU)，為使用先進(jìn)的RTOS(實時操作系統(tǒng))提供了極大的便利，因此STR720適用于使用一些商用的操作系統(tǒng)。在沒有MMU的STR710和STR730系列單片機(jī)中，可以采用KEIL的RTOS核心ARTX而不用額外支付操作系統(tǒng)的開發(fā)費用。KEIL還提供了以太網(wǎng)、PPP/SLIP、UDP和TCP/IP協(xié)議的程序庫。