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1、班 级 070XX 学 号 070XXXXX 本科毕业设计论文题 目 现场总线适配器的设计 学 院 XXXXX 专 业 XXXXX 学生姓名 XXXXX 导师姓名 XXXXX 毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文现场总线适配器的设计是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。本论文和资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者： XXXX （签字） 时间：2012年05月18日
2、指导教师已阅： XXXXX （签字） 时间：2012年05月18日西 安 电 子 科 技 大 学 长 安 学 院毕业设计（论文）任务书学生姓名 XXXX 学号 070XXXXX 指导教师 XXXXXX 职称 XXXX 学院 XXXXXX 专业 XXXXXXXXXX 题目名称 现场总线适配器的设计 任务与要求本课题主要现场总线适配器的设计，完成RS232到RS485、RS232到CAN、RS485到CAN等之间的通信适配。要求：1、 了解各种通信协议，设计现场总线适配器方案；2、 根据系统方案，设计电路原理图和pcb；3、 调试电路，确定电路参数；4、 设计相应软件，并进行调试。开始日期 20X
3、X年1月15日 完成日期 2012年5月20日 院长（签字） 2012年 月 日注：本任务书一式两份，一份交学院，一份学生自己保存。西 安 电 子 科 技 大 学 长 安 学 院毕业设计（论文）工作计划学生姓名 XXX 学号 070XXXXX 指导教师 XXXX 职称 XX 学院 XXX 专业 XXXXXX 题目名称 现场总线适配器的设计 一、毕业设计（论文）进度起 止 时 间 工 作 内 容1.15 3.5 检索、阅读相关技术资料3.5 3.18 检索、阅读相关技术资料，方案研究3.18 4.1 方案研究、熟悉开发系统硬件电路4.1 4.15 设计电路图和PCB设计,软件设计4.15 4.2
4、5 电路调试，硬件调试，软件调试4.25 5.20 撰写论文、论文答辩二、主要参考书目（资料）1、蒋建文等，CAN总线通信协议分析和实现，计算机工程，2002年02期2、阳宪惠，现场总线技术及其应用(第2版)，清华大学出版社，2008.103、马忠梅等，单片机的C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，2004年3月4、杨文龙，单片机技术及应用，电子工业出版社，2008年2月5、孙肖子，电子设计指南，高等教育出版社，2006年1月6、邬宽明，CAN总线原理和应用系统设计北京舫空航天大学出版社，1996三、主要仪器设备及材料硬件电路实验板、集成电路、万用表、示波器、计算机四、教师的指导安排情况
5、（场地安排、指导方式等）检索、阅读资料期间，可以在图书馆、自习教室进行；设计、实验阶段场地在实验室每周老师和每个毕业设计同学至少讨论一次五、对计划的说明注：本计划一式两份，一份交学院，一份学生自己保存（计划书双面打印）西 安 电 子 科 技 大 学 长 安 学 院毕业设计（论文）中期检查表学 院XXXX专 业XXXXX学生姓名XXXX学 号070XXXXX班 级070XXX导师姓名XXXXX职 称XXXX单 位XXXXX题目名称现场总线适配器的设计检 查 内 容检 查 结 果题目是否更换及更换原因否学生出勤情况出勤正常进 度 评 价（完成总工作量的百分比）60%质量评价、进度描述初步完成硬件及
6、软件调试总 体 评 价（按优、良、中、及格、不及格五挡评价）良存在的问题与建议抓紧时间完成后续问题，写好毕业论文学 院 审 核（盖章）注：此表由指导教师填写，中期检查成绩将作为毕业设计总成绩的一部分；此表装订入毕业设计（论文）中。西 安 电 子 科 技 大 学 长 安 学 院毕业设计（论文）成绩登记表学 院XXXX专 业XXXXX姓 名XXX学 号XXXXXX成 绩题目名称现场总线适配器的设计指导教师XXXX职 称XXXX指导教师评语及对成绩的评定意见签名 年 月 日评阅人评语及成绩评定意见签名 年 月 日答辩小组意见签名 年 月 日学院答辩委员会意见答辩委员会主任签名 （学院盖章） 年 月
7、日注：学院、专业名均写全称；成绩登记表双面打印摘 要现场总线技术以其开放性、互操作性、彻底分散的分布式控制等独有的技术优势和特点，在现代分布式测量和控制技术领域中应用已愈来愈广泛。但目前，在许多现场已投入使用的测量和控制系统中，各仪器设备或装置之间通讯所使用的仍然是传统的RS-232、RS-485等总线。这就需要现场总线与RS232、RS-485等总线通信协议之间的转换。本文提出了一种基于ARM Cortex-M3内核的32位微处理STM32F103，实现最常用的现场总线CAN总线和RS-232、RS-485总线进行协议转换的方案。文中，首先，分析了CAN总线协议技术规范。其次，介绍了微处理器
8、STM32F103，并深入研究了其内置的外设控制器局域网bxCAN和通用同步异步收发器USART的结构和使用。再次，设计了系统的硬件电路，并阐明了硬件电路的工作原理。最后，介绍了在RVMDK开发环境下开发系统软件的设计思路。经过最终的测试，整个系统可以很好的实现CAN总线和RS-232、RS485总线之间的协议转换。关键词：现场总线 CAN 微处理器 ARM Cortex-M3 RS-232 RS-485 ABSTRACTWith its unique technical advantages and characteristics like openness, interoperabilit
9、y, complete decentralized distributed control, the application of field bus technology has become more widely in the field of distributed measurement and control technology. At present, however, in many systems what is used among various equipments or devices in measurement and control scene is stil
10、l the traditional RS-232 bus or RS-485 bus. This requires bus communication between protocol conversions such as between field bus and RS-232 bus or RS-485.In this article, I first introduced the field bus CAN and its technology standard based on the microprocessors STM32F103, which is most widespre
11、ad. Secondly, I introduced microprocessors STM32F103, and further studied the structure and use of its peripheral controller area network bxCAN and universal synchronous and asynchronous receiver transmitter USART. Then based on the microprocessors STM32F103, the corresponding hardware connection ci
12、rcuit of CAN bus and RS-232 bus is designed. Finally, the software code under the RVMDK development environment is discussed. After the final debugging, the whole system achieves good conversion between CAN bus and RS-232 bus.Keywords: the field bus CAN bus Microprocessor ARM Cortex-M3 RS-232 RS-485
13、目 录第一章绪 论11.1现场总线技术概述11.2CAN现场总线11.2.1CAN总线的特点11.2.2CAN总线的应用及前景21.3本文的主要研究成果3第二章CAN总线技术规范52.1简介52.2特性及基本概念52.3报文传输72.4报文滤波及报文校验112.4.1报文滤波112.4.2报文校验112.5编码112.6错误处理及错误界定12第三章系统主控芯片介绍133.1ARM 简介133.1.1常用的ARM处理器系列133.1.2ARM Cortex系列简介143.2ARM Cortex-M3处理器内核概述153.2.1ARM Cortex-M3结构153.2.2Cortex-M3特点15
14、3.3STM32F103微处理器概述163.4通用同步异步收发器(USART)183.4.1USART特性183.4.2波特率的产生193.4.3USART中断请求193.5控制器局域网(bxCAN)193.5.1bxCAN主要特点203.5.2bxCAN工作模式203.5.3bxCAN功能描述213.5.4标识符过滤213.5.5bxCAN中断22第四章系统硬件设计234.1系统总体结构234.2STM32F103核心模块234.3CAN总线接口254.3.1CAN总线收发器TJA1050254.3.2接口电路图264.4RS-232接口264.4.1RS232C标准264.4.2RS-23
15、2接口电路274.5RS-485总线接口274.5.1RS-485标准274.5.2RS-485接口28第五章系统软件设计295.1软件系统结构295.2系统初始化程序295.3报文转换及发送305.3.1USART通信协议305.3.2报文的发送315.4报文接收32第六章总结与展望33致 谢35参考文献37附录A 程序代码39第一章 绪 论1.1 现场总线技术概述现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向、串行、多节点通讯的数字通信的系统，是一种开放式、数字式、多点通信的底层控制网络。汇集了计算机技术、网络通信技术和自动控制技术的现场总线技术，从20世纪80年代中期开始发展
16、起来。它作为过程自动化、制造自动化、楼宇自动化、交通等领域现场智能设备之间的互联通信网络，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，为彻底打破自动化系统的信息孤岛创造了条件。由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，它的出现使传统的模拟仪表逐步向智能化数字仪表方向发展，并具有数字通信功能。现场总线作为全球自动化技术的热点，已经受到全世界的普遍关注。 现场总线主要有以下几种类型：基金会现场总线（FF）、LonWorks、ProfBus、CAN、HART，而其中CAN（Controller Area Network）即控制器局域网因为具有高性能、高可
17、靠性以及独特的设计而越来越受到关注，现已形成国际标准，被公认为几种最有前途的现场总线之一。1.2 CAN现场总线CAN是控制器局域网Control Area Network的简称，最初是由德国BOSCH公司为解决汽车监控系统中的诸多复杂技术和难题而设计的数字信号通信协议，它属于总线式串行通信网络。由于采用了许多新技术和独特的设计思想，已同类产品相比，CAN总线在数据通信方面具有可靠、实时和灵活的优点。1.2.1 CAN总线的特点由于采用了许多新技术及独特的设计，CAN总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实用性和灵活性。其特点可概括如下：（1） CAN为多主工作方式，网络上的
18、任意节点在任意时刻都可以主动地向其它节点发送信息，不分主从，方式灵活。（2） CAN网络节点可以安排优先级顺序，以满足和协调各自不同的实时性要求。（3） 采用非破坏性的总线仲裁技术，多点同时发送信息时，按优先级顺序痛信，节省总线冲突仲裁时间，避免网络瘫痪。（4） 可以进行点对点、一点对多点和全域广播方式传递信息。（5） 通信速率最高可达1Mbps（40m以内），最长传递距离达10km（速率为5kbps以下）。（6） 网络节点目前可达110个，报文标志符2032种（CAN 20A），扩展标准（CAN 20B）中报文标志符几乎不受限制。（7） 短帧数据结构，传输时间短，抗干扰能力强，检错效果好。（
19、8） 通信介质可以用双绞线、同轴电缆或光纤。（9） 网络节点在错误严重的情况下可以自动关闭输出功能，脱离网络。（10） 实现了标准化、规范化（国际标准ISO 11898）。1.2.2 CAN总线的应用及前景20世纪80年代，德国的BO SCH公司首先应用CAN总线于汽车内部的测控通信。CAN国际标准化的制定，更加推动了它的发展应用，已有INTEL、 MOTOROLA、 PHLIPS、SIEMENS等百余家国际大公司支持CAN总线协议。现在，在欧美国家CAN总线已被广泛应用于汽车、火车、轮船、机器人、智能楼宇、机械制造、数控机床、各种机械设备、交通管理、传感器、自动化仪表等领域。从“九五”开始，
20、我国政府就投资支持现场总线的开发，其中CAN等总线在国内已经得到较广泛的应用，被大量地应用于工农监控、电厂测控、火灾报警、变电站控制、煤炭综合监控等。很多大专院校及科研单位也投入了大量的人力和资金加强现场总线，尤其是CAN总线技术的研究和开发。随着企业管理水平和信息化水平的提高、集成电路技术和计算机技术的发展，CAN总线网络将进一步发展，通过网关或网桥向上与企业管理系统以太网联接构成管控一体化网络。而且由于企业规模的不断扩大和生产过程控制系统越来越复杂，使CAN总线与模糊控制技术和智能技术的结合成为以后工程控制中的主要研究和应用的方向。1.3 本文的主要研究成果本课题的意义在于：使得大量使用R
21、S-232、RS-485通讯方式的传统设备，可以通过协议转换应用的CAN总线通信网络中，利用CAN总线的诸多优点。本文的硬件电路设计中，采用基于ARM Cortex-M3核的32位微处理器STM32F103作为控制核心，CAN总线接口电路中采用高性能的CAN总线收发器TJA1050作为CAN控制器与物理总线之间的接口，实现对CAN总线的差动发送和接收功能。采用MAX3232实现RS-232的电平转换，采用MAX3485实现RS-485差分信号的转换。软件的设计则主要是对STM32F103编程控制，实现bxCAN控制器局域网和USART同步异步收发器的初始化、接收数据，协议格式的转换，数据的发送
22、等功能。经过最终的调试，本系统可支持CAN2.0A（标准帧格式），CAN2.0B（扩展帧格式），同时CAN通道波特率5K-1000Kbps任意设定。RS-232、RS-485总线，可实现通信波特率在300bps-115200bps范围内可选。第二章 CAN总线技术规范2.1 简介控制器局域网CAN为串行通讯协议，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。本技术规范的目的是为了在任何两个CAN仪器之间建立兼容性。可是，兼容性有不同的方面，比如电气特性和数据转换的解释。为了达到设计透明度以及实现灵活性，根据ISO/OSI 参考模型，CAN被细分为以下不同的层次：1 数据链路层1)逻辑链路控制子层
23、 （LLC）2)媒体访问控制子层（MAC）2 物理层物理层的作用是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位的实际传输。同一网络的物理层对于所有的节点当然是相同的。本技术规范的目的是定义数据链路层中MAC子层和一小部分LLC子层，以及定义CAN协议于周围各层当中所发挥的作用。2.2 特性及基本概念一、CAN总线具有以下特性：1） 报文的优先权，即每个报文都有自身的优先级；2） 保证延时时间，最高优先级的延时时间是确定的；3） 设置灵活；4） 时间同步的多点接收；5） 多主机，可以设置为主从结构；6） 系统内数据的一致性7） 错误检测和标定8） 只要总线处于空闲，就自动将破坏的报文自动传输；9） 将
24、节点的暂时性错误和永久性错误区分开来，并且可以自动关闭错误的节点。二、依据ISO/OSI参考模型的层结构：1） 物理层定义信号是如何实际地传输的，因此涉及到位时间、位编码、同步的解释。2) MAC子层是CAN协议的核心。它把接收到的报文提供给LLC子层，并接收来自LLC子层的报文。MAC子层负责报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定。LLC子层涉及报文滤波、过载通知、以及恢复管理。三、基本概念1、报文（Messages）总线上的报文以不同的固定报文格式发送，但长度受限（见2.3节的报文传输）。当总线空闲时任何连接的单元都可以开始发送新的报文。2、远程数据请求（Remote Data Reques
25、t） 通过发送远程帧，需要数据的节点可以请求另一节点发送相应的数据帧。数据帧和相应的远程帧是由相同的识别符命名的。3、仲裁（Arbitration）只要总线空闲，任何单元都可以开始发送报文。如果2个或2个以上的单元同时开始传送报文，那么就会有总线访问冲突。通过使用了识别符的逐位仲裁可以解决这个冲突。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送。4、安全性（Safety）为了获得最安全的数据发送，CAN的每一个节点均采取了强有力的措施以便于错误检测、错误标定及错误自检。5、总线值（Bus values）
26、总线有一个补充的逻辑值：“显性”或“隐性”。“显性”位和“隐性”位同时传送时，总线的结果值为“显性”。 6、应答（Acknowledgment）所有的接收器检查报文的连贯性。对于连贯的报文，接收器应答，对于不连贯的报文，接收器作出标志。2.3 报文传输一、帧格式有两种不同的帧格式，不同之处为识别符场的长度不同：具有11位识别符的帧称之为标准帧。而含有29位识别符的帧为扩展帧。二、帧类型报文传输由以下4个不同的帧类型所表示和控制：数据帧：数据帧将数据从发送器传输到接收器。远程帧：总线单元发出远程帧，请求发送具有同一识别符的数据帧。错误帧：任何单元检测到总线错误就发出错误帧。过载帧：过载帧用以在先
27、行的和后续的数据帧（或远程帧）之间提供一附加的延时。数据帧和远程帧可以使用标准帧及扩展帧两种格式。它们用一个帧间空间与前面的帧分隔。1) 数据帧（Data Frame）数据帧由7个不同的位场组成：帧起始（Stsrt of Frame）、仲裁场（Arbitration Frame）、控制场（Control Frame）、数据场（DataFrame）、CRC 场（CRC Frame）、应答场（ACK Frame）、帧结尾（End of Frame）。数据场的长度可以为0。图2.1 数据帧结构（1） 帧起始（标准格式和扩展格式）帧起始（SOF）标志数据帧和远程帧的起始，仅由一个“显性”位组成。只在总
28、线空闲时才允许站开始发送（信号）。所有的站必须同步于首先开始发送报文的站的帧起始前沿。（2）仲裁场标准格式帧与扩展格式帧的仲裁场格式不同。a）标准格式里，仲裁场由11位识别符和RTR位组成。识别符位由ID.28-ID.18。b）扩展格式里，仲裁场包括29位识别符、SRR位、IDE位、RTR位。其识别符由ID.28-ID.0。图2.2 标准格式帧和扩展帧格式识别符：a）识别符标准格式：识别符的长度为11位，相当于扩展格式的基本ID。这些位按ID.28到ID.18的顺序发送。最低位是ID.18。7个最高位（ID.28-ID.22）必须不能全是“隐性”。b）识别符扩展格式：和标准格式形成对比，扩展格
29、式由29位组成。其格式包含两个部分：11位基本ID、18位扩展ID。基本ID：基本ID包括11位。它按ID.28到ID.18的顺序发送。它相当于标准识别符的格式。基本ID定义扩展帧的基本优先权。扩展ID：扩展ID包括18位。它按ID.17到ID.0顺序发送。标准帧里，识别符其后是RTR位。RTR的全称为“远程发送请求位（Remote Transmission Request BIT）”，RTR位在数据帧里必须为“显性”，而在远程帧里必须为“隐性”。扩展格式里，基本ID 首先发送，其次是IDE位和SRR位。扩展ID的发送位于SRR位之后，SRR的全称是“替代远程请求位（Substitute Re
30、mote Request BIT）”。SRR是一隐性位，它在扩展格式的标准帧RTR位位置，因此代替标准帧的RTR位。因此，标准帧与扩展帧的冲突是通过标准帧优先于扩展帧这一途径得以解决的，扩展帧的基本ID如同标准帧的识别符。IDE 的全称是“识别符扩展位（Identifier Extension Bit）”，IDE位属于扩展格式的仲裁场和标准格式的控制场，标准格式里的IDE位为“显性”，而扩展格式里的IDE 位为“隐性”。（3）控制场（标准格式以及扩展格式）控制场由6个位组成。标准格式里的帧包括数据长度代码、IDE位（为显性位，见上文）、及保留位r0。扩展格式里的帧包括数据长度代码和两个保留位：
31、r1 和r0。其保留位必须发送为显性，但是接收器认可“显性”和“隐性”位的组合。图2.3 控制场数据长度代码指示了数据场里的字节数量。数据长度代码为4个位，它在控制场里发送。（4）数据场（标准格式以及扩展格式）数据场由数据帧里的发送数据组成。它可以为0-8 个字节，每字节包含了8个位，首先发送MSB。（5）应答场（标准格式以及扩展格式）应答场长度为2个位，包含应答间隙（ACK SLOT）和应答界定符（ACK DELIMITER）。在ACK场（应答场）里，发送站发送两个“隐性”位。当接收器正确地接收到有效的报文，接收器就会在应答间隙（ACK SLOT）期间（发送ACK信号）向发送器发送一“显性”
32、位以示应答。（6）帧结尾（标准格式以及扩展格式）每一个数据帧和远程帧均由一标志序列定界。这个标志序列由7个“隐性”的位组成。2） 远程帧通过发送远程帧，作为某数据接收器的站可以初始化通过其资源节点传送不同的数据。远程帧也有标准格式和扩展格式，而且都由6个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧结尾。与数据帧相反，远程帧的RTR位是“隐性”的。它没有数据场，数据长度代码的数值是不受制约的（可以标注为容许范围里0-8的任何数值）。此数值是相应于数据帧的数据长度代码。RTR位的极性表示了所发送的帧是一个数据帧（RTR位“显性”）还是一个远程帧（RTR“隐性”）。3） 错误帧错误帧
33、由两个不同的场组成。第一个场用是不同站提供的错误标志（ERROR FLAG）的叠加。第二个场是错误界定符。4）过载帧过载帧包括两个位场：过载标志和过载界定符。5）帧间空间数据帧（或远程帧）与先行帧的隔离是通过帧间空间实现的，无论此先行帧类型如何（数据帧、远程帧、错误帧、过载帧）。所不同的是，过载帧与错误帧之前没有帧间空间，多个过载帧之间也不是由帧间空间隔离的。帧间空间包括间歇、总线空闲的位场。如果“错误被动”的站已作为前一报文的发送器时，则其帧空间除了间歇、总线空闲外，还包括称作挂起传送（SUSPEND TRANSMISSION）的位场。2.4 报文滤波及报文校验2.4.1 报文滤波报文滤波取
34、决于整个识别符。允许在报文滤波中将任何的识别符位设置为“不考虑”的可选屏蔽寄存器，可以选择多组的识别符，使之被映射到隶属的接收缓冲器里。如果使用屏蔽寄存器，它的每一个位必须是可编程的，即他们能够被允许或禁止报文滤波。屏蔽寄存器的长度可以包含整个识别符，也可以包含部分的识别符。2.4.2 报文校验校验报文有效的时间点，发送器与接收器各不相同。发送器（Transmitter）：如果直到帧的末尾位均没有错误，则此报文对于发送器有效。如果报文破损，则报文会根据优先权自动重发。为了能够和其它报文竞争总线，重新传输必须在总线空闲时启动。接收器（Receiver）：如果直到一最后的位（除了帧末尾位）均没有错
35、误，则报文对于接收器有效。帧末尾最后的位被置于“不重要”状态，如果是一个“显性”电平也不会引起格式错误。2.5 编码编码即位流编码（Bit Stream Coding）。帧的部分，诸如帧起始、仲裁场、控制场、数据场以及CRC 序列，均通过位填充的方法编码。无论何时，发送器只要检测到位流里有5个连续相同值的位，便自动在位流里插入一补充位。数据帧或远程帧（CRC界定符、应答场和帧结尾）的剩余位场形式固定，不填充。错误帧和过载帧的形式也固定，但并不通过位填充的方法进行编码。其报文里的位流根据“不返回到零”（NRZ）之方法来编码。这就是说，在整个位时间里，位的电平要么“显性”，要么为“隐性”。2.6
36、错误处理及错误界定错误处理包括错误检测和错误标定。故障界定采用两种计数：发送错误计数、接收错误计数。第三章 系统主控芯片介绍本系统中采用基于ARM Cortex-M3 内核的32位微处理器STM32F103系列芯片作为主控芯片。STM32F103系列微处理器具有高性能、低功耗、实时应用、低成本、易于开发等特性，其最高工作频率可达72MHZ，内置高速存储器、丰富的I/O端口和外设。其内置的通用同步异步收发器（USART）和控制器局域网（bxCAN），使得系统开发起来更为方便。3.1 ARM 简介ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、
37、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。3.1.1 常用的ARM处理器系列ARM公司开发了很多系列的ARM处理器核，目前应用比较多的ARM处理器系列有：1） ARM7系列ARM7TDMI是ARM公司1995年推出的第一个处理器，也是目前用量最多的一个内核。该系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充了JazelleARM7EJ-S。该系列处理器提供Thumb 16位压缩指令集和Embedded ICE软件调试方式，适用于更大规模
38、的SoC设计中。ARM7系列广泛应用于多媒体和嵌入式设备，包括Internet设备、网络和调制解调器设备，以及移动电话、PDA等无线设备。2） ARM9系列 ARM9系列于1997年问世，该系列包括ARM9TDMI、ARM920T和带有高速缓存处理器宏单元的ARM940T。除了兼容ARM7系列，而且能够更加灵活的设计。ARM9系列主要应用于引擎管理、仪器仪表、安全系统和机顶盒等领域。3）ARM9E系列该系列为含有DSP指令集的综合处理器，包括ARM926EJ-S、带有高速缓存处理器宏单元的ARM966E-S/ARM946E-S。其内核在ARM7处理器内核的基础上使用了Jazelle增强技术，该
39、技术支持一种新的Java操作状态，允许在硬件中执行Java字节码。 ARM9E系列主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、存储设备和网络设备等领域。 4）Xscale简介 Xscale微控制器则提供全性能、高性价比、低功耗的解决方案，支持16位Thumb指令并集成数字信号处理（DSP）指令。 主要应用于手提式通讯和消费电子类设备。3.1.2 ARM Cortex系列简介基于ARMv7版本的ARM Cortex系列产品由A、R、M三个系列组成，具体分类延续了一直以来ARM面向具体应用设计CPU的思路。其中，A为应用处理器系列（Application Processor），R为实
40、时控制处理器系列（Real Time Control），M为微控制器系列（Micro Controller）。1）Cortex-A8处理器简介该处理器是ARM公司所开发的基于ARMv7架构的首款应用级处理器，其特色是运用了可增加代码密度和加强性能的技术、可支持多媒体以及信号处理能力的NEONTM技术、以及能够支持Java和其他文字代码语言的提前和即时编译的JazelleRTC技术。众多先进的技术使其适用于家电以及电子行业等各种高端的应用领域。2）Cortex-R4处理器简介该处理器是首款基于ARMv7架构的高级嵌入式处理器，其主要目标为产量巨大的高级嵌入式应用系统，如硬盘，喷墨式打印机，以及汽
41、车安全系统等等。3）Cortex-M3处理器简介该处理器是首款基于ARMv7-M架构的处理器，采用了纯Thumb2指令的执行方式，具有极高的运算能力和中断响应能力。Cortex-M3主要应用于汽车车身系统，工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域。3.2 ARM Cortex-M3处理器内核概述3.2.1 ARM Cortex-M3结构Cortex-M3由以下组件组合1） 处理器内核2） 嵌套向量中断控制器（NVIC）3） 存储器保护单元（MPU）4） 总线接口5） 低成本调试解决方案 3.2.2 Cortex-M3特点1) 功耗低：运行时功耗为0.19mW/MHz，而ARM7
42、为0.28mW/MHz，并且内置眠模式，可以极低的功耗。2）采用先进的ARMv7-M架构：采用Thumb-2指令集，复杂性大幅下降，代码密度和性能均得到提高。同时采用哈佛结构和三级流水线结构也使得运行效率得到大幅度的提高。3）嵌套向量中断控制器（NVIC）：它与处理器内核紧密结合实现低延迟中断处理，能够处理多达43个可屏蔽中断通道(不包括16个Cortex-M3的中断线)和16个优先级。 4）内置存储器保护单元（MPU）：MPU功能可选，用于对存储器进行保护 ，包括8个存储器区。5）内部总线接口：包括AHBLite、 ICode、DCode和系统总线接口和APB专用外设总线（PPB）接口 。6
43、）与ARM7TDMI相比运行速度最多可快35%且代码最多可节省45%。 3.3 STM32F103微处理器概述一、系统构架主系统由以下部分构成： 1）四个驱动单元： Cortex-M3内核DCode总线(D-bus)，和系统总线(S-bus) 通用DMA1和通用DMA2 2）四个被动单元 内部SRAM 内部闪存存储器 FSMC AHB到APB的桥(AHB2APBx)，它连接所有的APB设备 这些都是通过一个多级的AHB总线构架相互连接的图3.1 系统构架二、存储器组织 程序存储器、数据存储器、寄存器和输入输出端口被组织在同一个4GB的线性地址空间内。 数据字节以小端格式存放在存储器中。一个字里的最低地址字节被认为是该字的最低有效字节，而最高地址字节是最高有效字节。 三、启动配置 在STM32F103里，可以通过BOOT1:0引脚选择三种不同启动模式。 启动模式选择管脚启动模式说明 BOOT1 BOOT0 X 0 用户闪存存储器
