第1章概述1
1.1初識嵌入式繫統1
1.1.1運行硬件繫統1
1.1.2實踐體繫簡介3
1.1.3編譯、下載與運行第一個嵌入式程序4
1.2嵌入式繫統的定義、發展簡史、分類及特點5
1.2.1嵌入式繫統的定義5
1.2.2嵌入式繫統的由來及發展簡史6
1.2.3嵌入式繫統的分類7
1.2.4嵌入式繫統的特點8
1.3嵌入式繫統的入門問題、知識體繫及學習建議9
1.3.1嵌入式繫統的入門問題9
1.3.2嵌入式繫統的知識體繫12
1.3.3基礎階段的學習建議13
1.4微控制器與應用處理器簡介14
1.4.1MCU簡介14
1.4.2以MCU為核心的嵌入式測控產品的基本組成15
1.4.3MAP簡介16
1.5嵌入式繫統常用術語17
1.5.1與硬件相關的術語17
1.5.2與通信相關的術語18
1.5.3與功能模塊相關的術語19
1.6C語言概要20
1.6.1運算符20
1.6.2數據類型22
1.6.3流程控制28
1.6.4函數30嵌入式應用技術——基於TI的MSPM0L1306微控制器1.6.5編譯預處理30
本章小結31
習題32
第2章ARM CortexM0 微處理器33
2.1ARM CortexM0 微處理器概述33
2.1.1ARM CortexM0 微處理器內部結構概要33
2.1.2ARM CortexM0 微處理器的內部寄存器35
2.2尋址方式與機器碼的獲取方法36
2.2.1指令保留字簡表與尋址方式36
2.2.2指令的機器碼38
 2.3基本指令分類解析39
2.3.1數據傳送類指令39
2.3.2數據操作類指令42
2.3.3跳轉控制類指令45
2.3.4其他指令46
2.4彙編語言的基本語法48
2.4.1彙編語言的格式48
2.4.2常用偽指令簡介50
本章小結51
習題52
第3章存儲器映像、中斷源與硬件最小繫統53
3.1MSPM0繫列MCU概述53
3.1.1MSPM0繫列MCU命名規則53
3.1.2MSPM0存儲器映像54
3.1.3MSPM0中斷源55
3.2MSPM0L的引腳圖與硬件最小繫統56
3.2.1MSPM0L的引腳圖56
3.2.2MSPM0L硬件最小繫統原理圖58
3.3由MCU構建通用嵌入式計算機59
3.3.1嵌入式終端開發方式存在的問題與解決辦法59
3.3.2提出GEC概念的時機及GEC的定義與特點60
3.3.3由MSPM0L1306構成的GEC61
本章小結64
習題65
第4章GPIO及程序框架66
4.1GPIO通用基礎知識66
4.1.1GPIO概念66
4.1.2輸出引腳的基本接法66
4.1.3上拉下拉電阻與輸入引腳的基本接法67
4.2軟件干預硬件的方法67
4.2.1GPIO構件API67
4.2.2GPIO構件的輸出測試方法70
4.3認識工程框架71
4.3.1工程框架及所含文件簡介71
4.3.2機器碼文件及芯片執行流程簡析73
4.4GPIO構件的制作過程75
4.4.1端口與GPIO模塊——對外引腳與內部寄存器76
4.4.2通過GPIO基本編程步驟點亮一盞小燈77
4.4.3GPIO構件的設計78
4.5第一個彙編語言工程： 控制小燈閃爍82
4.5.1彙編工程文件的組織82
4.5.2彙編語言小燈測試工程主程序83
4.6實驗一熟悉實驗開發環境及GPIO編程86
本章小結89
習題90
第5章嵌入式硬件構件與底層驅動構件基本規範91
5.1嵌入式硬件構件91
5.1.1嵌入式硬件構件概念與嵌入式硬件構件分類91
5.1.2基於嵌入式硬件構件的電路原理圖設計簡明規則92
5.2嵌入式底層驅動構件的概念與層次模型95
5.2.1嵌入式底層驅動構件的概念95
5.2.2嵌入式硬件構件與軟件構件結合的層次模型96
5.2.3嵌入式軟件構件分類96
5.2.4基礎構件的基本特征與表現形式97
5.3底層驅動構件的封裝規範99
5.3.1基礎構件設計的基本原則99
5.3.2編碼風格基本規範100
5.3.3頭文件的設計規範103
5.3.4源程序文件的設計規範105
5.4硬件構件及其驅動構件的復用與移植方法106
5.4.1硬件構件的復用與移植106
5.4.2驅動構件的移植106
本章小結108
習題109
第6章串行通信模塊及第一個中斷程序結構110
6.1異步串行通信的通用基礎知識110
6.1.1串行通信的基本概念110
6.1.2RS232和RS485總線標準112
6.1.3TTLUSB串口113
6.1.4串行通信編程模型114
6.2基於構件的串行通信編程方法115
6.2.1MSPM0L1306芯片UART對外引腳115
6.2.2UART構件API115
6.2.3UART構件API的發送測試方法116
6.2.4printf的設置方法與使用117
6.3UART構件的制作過程118
6.3.1UART寄存器概述118
6.3.2利用直接地址操作的串口發送打通程序118
6.3.3UART構件設計120
6.4中斷機制及中斷編程步驟124
6.4.1中斷基本概念及處理過程124
6.4.2ARM CortexM0 非內核模塊中斷編程結構126
6.4.3MSPM0L1306中斷編程步驟——以串口接收中斷為例129
6.5實驗二串口通信及中斷實驗131
 本章小結133
習題134
第7章定時器相關模塊135
7.1定時器通用基礎知識135
7.2MSPM0L1306中的定時器136
7.2.1ARM CortexM0 內核定時器SysTick136
7.2.2Timer模塊的基本定時功能141
7.3脈寬調制143
7.3.1脈寬調制通用基礎知識143
7.3.2基於構件的PWM編程方法145
7.4輸入捕捉與輸出比較148
7.4.1輸入捕捉與輸出比較通用基礎知識149
7.4.2基於構件的輸入捕捉和輸出比較編程方法149
7.5實驗三定時器及PWM實驗154
本章小結155
習題156
第8章Flash在線編程、ADC與DAC157
8.1Flash在線編程157
8.1.1Flash在線編程的通用基礎知識157
8.1.2基於構件的Flash在線編程方法158
8.1.3Flash構件的制作過程161
8.2ADC165
8.2.1ADC的通用基礎知識165
8.2.2基於構件的ADC編程方法169
8.2.3ADC構件的制作過程172
8.3DAC175
8.3.1DAC的通用基礎知識175
8.3.2基於構件的DAC編程方法176
8.4實驗四ADC實驗177
本章小結178
習題179
第9章SPI、I2C與DMA180
9.1串行外設接口模塊180
9.1.1串行外設接口的通用基礎知識180
9.1.2基於構件的SPI通信編程方法183
9.2集成電路互聯總線模塊188
9.2.1集成電路互聯總線的通用基礎知識188
9.2.2基於構件的I2C通信編程方法193
9.3直接存儲器存取198
9.3.1DMA的通用基礎知識198
9.3.2基於構件的DMA編程方法199
9.4實驗五SPI通信實驗201
本章小結202
習題203
第10章繫統時鐘與其他功能模塊204
10.1時鐘繫統204
10.1.1時鐘繫統概述204
10.1.2時鐘模塊寄存器及編程實例206
10.2復位與看門狗模塊209
10.2.1復位209
10.2.2看門狗211
10.3電源控制模塊與CRC校驗模塊211
10.3.1電源控制模塊211
10.3.2CRC校驗模塊213
10.4比較器與運算放大器模塊215
10.4.1比較器215
10.4.2運算放大器216
10.5實驗六綜合實驗217
本章小結218
習題218
第11章實時操作繫統初步219
11.1無操作繫統與實時操作繫統219
11.1.1無操作繫統時的程序運行路線219
11.1.2實時操作繫統下的程序運行路線220
11.1.3實時操作繫統與非實時操作繫統220
11.2RTOS中的常用基本概念及線程的三要素221
11.2.1與線程相關的基本概念221
11.2.2線程的三要素及四種狀態222
11.2.3線程的三種基本形式225
11.3RTOS下編程框架227
11.3.1RTThread下基本要素模板列表227
11.3.2第一個樣例程序功能及運行228
11.3.3RTThread工程框架229
11.4RTOS中同步與通信的編程方法233
11.4.1RTOS中同步與通信基本概念234
11.4.2事件235
11.4.3消息隊列240
11.4.4信號量246
11.4.5互斥量250
本章小結254
習題255
第12章進一步學習指導256
12.1關於更為詳細的技術資料256
12.2關於嵌入式繫統穩定性問題256
參考文獻258

嵌入式計算機繫統簡稱嵌入式繫統，其概念最初源於傳統測控繫統對計算機的需求。隨著以微處理器（MPU）為內核的微控制器（MCU）制造技術的不斷進步，計算機領域在通用計算機繫統與嵌入式計算機繫統這兩大分支分別得以發展。通用計算機已經在科學計算、通信、日常生活等各個領域產生重要影響。在後PC時代，嵌入式繫統的廣泛應用是計算機發展的重要特征。一般來說，嵌入式繫統的應用範圍可以粗略分為兩大類：一類是電子繫統的智能化（如工業控制、汽車電子、數據采集、測控繫統、家用電器、現代農業、嵌入式人工智能及物聯網應用等），這類應用也被稱為微控制器領域；另一類是計算機應用的延伸（如平板電腦、手機、電子圖書等），這類應用也被稱為應用處理器（MAP）領域。在ARM產品繫列中，ARM CortexM繫列與ARM CortexR繫列適用於電子繫統的智能化類應用，即微控制器領域；ARM CortexA繫列適用於計算機應用的延伸，即應用處理器領域。不論如何分類，嵌入式繫統的技術基礎是不變的，即，要完成一個嵌入式繫統產品的設計，需要硬件、軟件及行業領域相關知識。但是，隨著嵌入式繫統中軟件規模日益增大，業界對嵌入式底層驅動軟件的封裝提出了更高的要求，可復用性與可移植性受到特別關注，嵌入式軟硬件構件化開發方法逐步被業界所重視。
本書在《嵌入式基礎與實踐》（第6版）基礎上重新撰寫，樣本芯片使用TI公司於2023年推出的基於ARM CortexM0 內核的MSPM0L1306微控制器。《嵌入式基礎與實踐》（1～6版）先後獲得江蘇省高等學校重點教材、普通高等教育“十二五”國家級規劃教材、國家級一流本科課程教材等榮譽。本書配有可以直接實踐的硬件繫統AHLMSPM0L1306，具備簡潔、便利、邊學邊實踐等優點，克服了實驗箱模式的冗餘、不方便帶出實驗室、不易升級等缺點，為探索嵌入式教學模式提供了一種新的嘗試。
書中以嵌入式硬件構件及底層軟件構件設計為主線，基於嵌入式軟件工程的思想，按照通用知識—驅動構件使用方法—測試實例—構件制作過程的順序，逐步闡述電子繫統智能化嵌入式應用的軟件與硬件設計。需要特別說明的是，雖然編寫教材與教學必須以某一特定芯片為藍本，但作為嵌入式技術基礎，本書試圖闡述嵌入式通用知識要素。因此，本書以知識要素為基本立足點設計芯片底層驅動，使得應用程序與芯片無關，具有通用嵌入式計算機（GEC）性質。書中將大部分驅動的使用方法提前闡述，而驅動構件的設計方法後置，目的是讓學生先學會使用構件進行實際編程，後理解構件的設計方法。因構件設計方法部分有一定難度，對於有不同要求的教學場景，也可不要求學生理解全部構件的設計方法，講解一兩個構件即可。嵌入式應用技術——基於TI的MSPM0L1306微控制器本書具有以下特點。
（1） 把握了通用知識與芯片相關知識之間的平衡。書中針對嵌入式“通用知識”的基本原理，以應用為立足點，進行語言簡潔、邏輯清晰的闡述，同時注意與芯片相關知識之間的銜接，使讀者在更好地理解基本原理的基礎上，理解芯片應用的設計；反過來也可加深對通用知識的理解。
（2） 把握了硬件與軟件的關繫。嵌入式繫統是軟件與硬件的綜合體，嵌入式繫統設計是一項軟件、硬件協同設計的工程，不能像通用計算機那樣，將軟件、硬件完全分開來對待。特別對於電子繫統智能化嵌入式應用來說，沒有對硬件的理解就不可能寫好嵌入式軟件；同樣，沒有對軟件的理解也不可能設計好嵌入式硬件。因此，本書注重把握硬件知識與軟件知識之間的關繫。
（3） 對底層驅動進行構件化封裝。書中對每個模塊均給出根據嵌入式軟件工程基本原則和構件化封裝要求編制的底層驅動程序，同時給出詳細、規範的注釋及對外接口，為實際應用提供底層構件，方便移植與復用，可以為讀者進行實際項目開發大量時間。
（4） 設計了合理的測試用例。書中所有源程序均經測試通過，在本書的網上教學資源中也保留了測試用例，為讀者驗證與理解帶來方便，也避免了因例程的書寫或固有錯誤給讀者帶來煩惱。
（5） 網上教學資源提供了所有模塊完整的底層驅動構件化封裝程序與測試用例。對於需要使用PC的程序的測試用例，還提供了PC的C#源程序、芯片資料、使用文檔、硬件說明等，並制作了課件及微課視頻。網上教學資源的版本將會適時更新。
本書由王宜懷、黃河、王佳、王進、錢瑛撰寫。蘇州大學嵌入式人工智能與物聯網實驗室的研究生參與了程序開發、書稿整理及有關資源建設，他們卓有成效的工作使得本書更加充實。TI公司的王沁女士、謝勝祥先生為本書提供了許多支持，在此一並表示誠摯的感謝。
鋻於作者水平有限，書中難免存在不足和錯誤之處，懇望讀者提出寶貴意見和建議，以便再版時改進。

蘇州大學王宜懷2024年1月