基于ARM Cortex-M微控制器的嵌入式系统

引言

《Embedded Systems with ARM Cortex-M Microcontrollers》一书（作者：Yifeng Zhu，2018年出版，共608页）是一本关于基于流行的32位ARM Cortex-M微控制器进行嵌入式系统开发的基础性教材。该书语言通俗易懂，将数字电子学理论与C++实践示例相结合，既适合工科专业的学生，也适合希望系统化知识的工程师。本书的突出优势在于，它不仅仅是罗列寄存器，而是解释外设的工作原理以及编写高效代码的原则。

本书内容

本书涵盖了嵌入式系统开发的完整流程：从微控制器选型到多任务应用程序的调试。重点介绍了ARM Cortex-M系列（M0、M3、M4、M7）以及基于STM32的流行开发板。全书共12章，每章专注于一个特定方面：

• 第1-2章：ARM Cortex-M架构、指令集、存储器、时钟和复位。
• 第3-4章：数字输入/输出端口（GPIO）、按键和LED操作。
• 第5章：定时器、PWM、信号捕获与比较。
• 第6章：模数转换器（ADC）和传感器。
• 第7章：串行接口：UART、SPI、I2C。
• 第8章：中断和异常处理程序。
• 第9章：直接存储器访问（DMA）。
• 第10章：低功耗模式。
• 第11章：实时操作系统（RTOS）基础——FreeRTOS。
• 第12章：调试、性能分析和代码优化。

目标读者

本书面向已经熟悉C/C++编程基础并对数字电路有基本了解的读者。它将有助于：

• 学习微控制器和嵌入式系统的工科院校学生；
• 从8位平台（AVR、PIC）转向ARM的实践工程师；
• 希望了解嵌入式设备硬件工作原理的软件开发人员；
• 基于STM32创建自己项目的业余爱好者。

读者将学到什么

学习完本书内容后，读者将能够：

• 独立配置ARM Cortex-M微控制器的时钟和外设；
• 编写高效的C++代码以操作GPIO、定时器、ADC、UART、SPI、I2C；
• 使用中断和DMA创建响应式系统；
• 借助FreeRTOS实现多任务处理；
• 优化功耗并使用调试器和逻辑分析仪调试项目；
• 阅读数据手册和原理图，理解引脚的电气特性。

本书优点

实践导向。每章都包含多个带有详细注释的完整示例。代码使用C++编写，并采用CMSIS和HAL库，使其可在不同的STM32微控制器之间移植。

深入讲解。作者不仅限于罗列寄存器——他解释了为什么某个位必须这样设置，以及这如何影响系统工作。例如，在定时器章节中，详细分析了计数模式、预分频器和信号捕获。

时效性。本书于2018年出版，涵盖了带有浮点单元的现代Cortex-M4和M7微控制器，以及最新版本的FreeRTOS。

高质量插图。超过300张原理图、时序图和示波器截图有助于直观理解外设的工作方式。

附加资料。在作者网站上可以获取所有示例的源代码，