Программирование платформы cortex-m3

Приведены необходимые данные по программированию на языке C/C++ микроконтроллеров семейства Cortex-МЗ. Вначале рассмотрены общие вопросы программирования периферийных устройств на языке Си, а затем приведены примеры конкретных программ и разобраны типовые задачи, предлагаемые студентам при выполнении практических занятий.

Программирование периферийных устройств стенда

Светодиодные индикаторы

Микроконтроллер имеет 6 портов ввода/вывода по 16 разрядов каждый. Выводы портов могут быть переключены на различные функциональные блоки, возможна индивидуальная настройка и управление каждой битовой линией порта. На рис. 3.1 приведен фрагмент принципиальной схемы стенда, касающийся только светодиодных индикаторов.

Рис. 3.1. Схема подключения светодиодных индикаторов.

Для того чтобы выводы порта перешли под управление того или иного периферийного блока, необходимо задать для нужных выводов выполняемую функцию и настройки. Все адреса приведены с использованием условного обозначения База->смещение, в квадратных скобках указан диапазон номеров битов каждого порта. Рассмотрим несколько вариантов построения программы в порядке усложнения.

Программа 1. Вывести статическую информацию на светодиодные индикаторы. Решение заключается в выводе единичных значений для линий РСО и РС1 порта PORTC. В программе содержится минимальный набор параметров настройки, необходимых для вывода статической информации. Листинг программы приведен на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Программа 1 для вывода статической информации на светодиодные.

индикаторы Рассмотрим спецификацию регистров настройки порта PORT С.

MDR_RST_CLK->PER_CLOCK [31:0], смещение 0×1С-регистр управления тактовой частотой периферийных блоков. Биты разрешаюттакгирование периферийных блоков (0-запрещено, 1 — разрешено). Порту PORTC соответствует бит 23.

MDR_PORTC, базовый адрес 0×400В_8000 — порт PORTC.

MDR_PORTC->RXTX [15:0], смещение 0×0 — данные порта PORTC.

MDR_PORTC->OE [15:0], смещение 0×04 — направление потока данных порта (0 — ввод, 1 — вывод).

MDR_PORTC->ANALOG [15:0], смещение ОхОС — режим работы порта (0 — аналоговый, 1 — цифровой).

MDR_PORTC->PWR [31:0], смещение Ох 18 — управление мощностью порта вывода: 00 — порт отключен;

• 01 — медленный фронт (100 нс);
• 10 — быстрый фронт (20 нс);
• 11 — короткий фронт (10 нс).

Проведем структурирование Программы 1. выделив начальную инициализацию порта в отдельную подпрограмму-функцию io_init. Одна из целей структурирования заключается в возможности последующего использования созданных подпрограмм-функций при разработке новых программ. Листинг программы приведен на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Структурирование Программы 1 (версия 1).

Рекомендуется головную программу main () всегда располагать в начале файла, а подпрограммы-функции — вслед за ней. Для этого необходимо в начале файла поместить прототипы функций, т. е. декларировать типы данных, связанные с этими функциями. В дальнейшем будем использовать только такой способ декларирования функций, т. е. будем указывать их прототипы в начале программы перед головной функцией main (). Листинг программы приведен на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Структурирование Программы 1 (версия 2).

Прог рамма 2. Вывести динамическую информацию на оба светодиодных индикатора. На рис. 3.5 приведен фрагмент функциональной схемы контроллера тактовой частоты. Микроконтроллер имеет два встроенных тактовых генератора (HSI и LSI) и две линии для подключения внешнего тактирования (HSE и LSE), а также специализированный блок формирования частоты тактовой синхронизации. Оба встроенных генератора (HSI и LSI) автоматически запускаются при появлении питающего напряжения Ucc.

Рис. 3.5. Фрагмент функциональной схемы контроллера тактовой частоты.

Встроенный RC-геператор HSI вырабатывает тактовую частоту 8 МГц, первоначально процессорное ядро всегда запускается на тактовой частоте HSI. При дальнейшей работе генератор HSI может быть отключен или подстроен.

Встроенный RC-генератор LSI вырабатывает тактовую частоту около 32 КГц, которая первоначально используется для формирования дополнительной задержки /_рог. При дальнейшей работе генератор LSI может быть отключен.

Внешние генераторы HSE и LSE предназначены для выработки стабильной тактовой частоты от 2 до 16 МГц (HSE) и 32 КГц (LSE). Каждый из них может работать в двух режимах: внутренний тактовый генератор с внешним резонатором или внешний генератор, т. е. внешние сигналы тактирования, подаваемые на линию HSE или LSE.

В Программе 2 (рис. 3.6) мы не будем использовать умножитель частоты CPU PLL, а будем применять только внешний тактовый генератор HSE, работающий на тактовой частоте 8 МГц. Функция io_init здесь взята из Программы 1, она подробно обсуждалась ранее. В этой связи обсудим только настройки контроллера тактовой частоты в новой функции frq_init.

На рис. 3.7 приведена функция frq_init_pll, использующая PLL (умножитель частоты). Рассмотрим назначение регистров.

Рис. 3.6. Программа 2 для вывода динамической информации на индикаторы (без использования PLL).

Рис. 3.7. Функция frq_init_pll, использующая PLL.

MDR_RST_CLK. базовый адрес 0×4002_0000 — контроллер тактовой частоты;

MDR_RST_CLK->HS_CONTROL [31:0], смещение 0×08 — регистр для управления высокочастотным генератором и осциллятором. [31:2] - не используются: бит [1] - управление HSE осциллятором (0 — режим осциллятора. 1 — режим внешнего генератора); бит [0] - управление HSE осциллятором (0 — выключен, 1 — включен);

MDR_RST_CLK->CLOCK_STATUS [31:0], смещение 0×0 — регистр состояния блока управления тактовой частоты. Биты [31:3] - не используются; бит 2 — флаг выхода в рабочий режим осциллятора HSE (0 — осциллятор не запущен или не стабилен; 1 — осциллятор запущен и стабилен); бит 1 — флаг выхода в рабочий режим CPU PLL; бит 0 — флаг выхода в рабочий режим USB PLL;

MDR_RST_CLK->CPU_CLOCK [31:0], смещение ОхОС-регистр управления тактовой частотой процессорного ядра. Назначение битов:

[31:10]- не используются;

[9:8] (CPU_CLK) — выбор источника HCLK (00 — HS1; 01 — CPU_C3; 10 — LSE; 11 — LSI);

[7:4] (CPU_C3_SEL) — выбор делителя для получения CPU_C3: CPU_C3 = CPU_C2/n (Оххх — n = 1; 1000-п = 2; 1001 — п = 4; 1010-п = 8… 1111 -п = 256);

[3] - не используется. Рекомендуется записать нулевое значение;

[2] (CPU_C2_SEL) — выбор источника для CPU_C2 (0 — CPU_C1; 1 — PLLCPUo);

[1:0] (CPU_C1_SEL) — выбор источника для CPU_C1 (00 — HSI; 01 — HSI/2; 10 — HSE; 11 — HSE/2).

В Программе 2 был сделан следующий выбор для битов [9:0] регистра MDR_RST_CLK->CPU_CLOCK = 0×102 = 100 000 010:

01 (CPU_C3) — 0000 (и = 1) — 0 (х) — 0 (CPU_C 1) -10 (HSE).

Информация о текущей тактовой частоте содержится в системной переменной SystemCoreClock, а обновление этой переменной осуществляет системная функция SystemCoreClockUpdateQ. Рекомендуется все настройки тактовой частоты завершать вызовом системной функции SystemCoreClockUpdateQ, чтобы всегда поддерживать в актуальном состоянии системную переменную SystemCoreClock.

Обсудим теперь спецификацию регистров управления умножителем частоты PLL CPU, которые были использованы в соответствующей версии функции frqjnit (см. рис. 3.7):

MDR_RST_CLK->PLL_CONTROL [31:0]. смещение 0×04 — регистр управления блоками умножения частоты. Назначение битов:

[31:12]- биты не используются;

[11:8] PLLCPUMUL — коэффициент умножения частоты для CPU: PLLCPUUo = CPU_C3 х PLLCPUMUL + 1;

[7:4] PLLUSBMUL — коэффициент умножения частоты для USB;

[3] PLLCPU — бит перезапуска;

[2] PLLCPU — бит включения;

[1] PLLUSB — бит перезапуска;

[0] PLLUSB — бит включения.

Программа 3. Эта программа предназначена для вывода информации о состоянии клавишного джойстика на светодиодные индикаторы. Схема подключения клавиш джойстика представлена на рис. 3.8. Джойстик состоит из пяти клавиш, обозначенных UP (вверх), DOWN (вниз), LEFT (влево), RIGHT (вправо) и SEL (select, выбор). Для управления двумя светодиодными индикаторами программа будет использовать следующие клавиши: LEFT для включения светодиода VD1, RIGHT для включения светодиода VD0 и SEL для одновременного включения обоих индикаторов VD0 и VD1.

Рис. 3.8. Схема подключения клавишного джойстика.

Головная программа для вывода состояний джойстика на светодиодные индикаторы показана на рис. 3.9. Для инициализации тактового генератора эта программа использует функцию frq_init_pll (), которая была описана ранее (см. рис. 3.7). Действие программы состоит в непрерывном сканировании линий портов, соответствующих трем клавишам джойстика LEFT, RIGHT и SEL. При опросе каждой линии производится проверка на нулевое значение уровня, поскольку исходное состояние каждой клавиши — уровень логической единицы. Процедуры включения и выключения светодиодных индикаторов оформлены в виде отдельных функций led_on () и led_off (). Параметром этих функций является номер светодиодного индикатора 0 или 1. Для определения констант, соответствующих линиям портов, использованы возможности препроцессора: команда #define.

для определения базовых констант и операция ««» для сдвига влево. Все остальные константы получены из базовых констант путем логических операций.

Рис. 3.9. Программа 3 для вывода состояний клавиш джойстика на светодиодные.

индикаторы

Подпрограмма-функция joystick_init для начальной инициализации линий трех портов, которые используются для считывания информации с клавиш джойстика, приведена на рис. 3.10. Инициализация линий каждого порта здесь выполнена так же, как и в рассмотренной ранее функции io_init. Все линии портов, которые мы обсуждали ранее (см. рис. 3.8), программируются на ввод в аналоговом режиме с медленными фронтами (до 100 нс). Включено тактирование всех трех портов В, С, Е. Особенностью является одновременное использование двух линий порта PORT С для вывода информации на светодиодные индикаторы. Поэтому линии РСО и РС1 запрограммированы на вывод информации аналогично тому, как это было сделано в функции io_init.

Рис. 3.10. Подпрограмма-функция joystickjnit для начальной инициализации.

клавиш джойстика.