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基于Cortex-M4内核的Kinetis微控制器的应用研究

作　者: 王超艺
导　师: 王宜怀
学　校: 苏州大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: Kinetis 驱动程序 FreeRTOS 短信猫
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 288次
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内容摘要


Kinetis系列微控制器是飞思卡尔公司于2010年下半年推出的基于ARM Cortex-M4内核的微控制器,是业内首款Cortex-M4内核芯片。Cortex-M4内核是ARM公司2009年下半年发布的最新的嵌入式内核。Cortex-M4面向数字信号控制市场,具有高效并且易于使用的控制和信号处理能力。Kinetis系列微控制器内部集成UART、SLCD、TSI、USB、以太网和CAN等模块,具有高精度的16位ADC和12位DAC。Kinetis微控制器的市场应用主要面向工业控制,应用领域包括电机控制、通讯、安防和加密等。由于飞思卡尔公司在2010年11月才提供Kinetis微控制器的样片,所以现在Kinetis的学习资料和实例程序都很少。受飞思卡尔公司委托,苏州大学飞思卡尔嵌入式研发中心承担该芯片的先期研究应用任务。本课题选择Kinetis系列的K60N512芯片为实例,设计制作了一套Kinetis开发套件,包括K60N512核心板,Kinetis系列扩展板和Kinetis芯片调试器OSJTAG。在嵌入式构件思想指导下,本文实现了K60N512的常用模块的驱动,并对模块驱动进行了充分的验证。本文移植了实时操作系统FreeRTOS,详细分析了FreeRTOS的移植过程并对移植进行了测试,为实时操作系统在Kinetis芯片中的应用提供范例和参考。为了加快K60N512以太网编程,本文移植了开源的嵌入式TCP/IP协议栈LwIP,详细阐述LwIP移植和测试过程。为了研究Kineits的网络应用,同时也为了验证本课题实现的软硬件平台,本文设计实现了基于嵌入式Web的短信猫。短信猫实现短信发送和接收,使用FreeRTOS调度任务,使用LwIP实现网络通讯,同时移植Web服务器用于人机界面。本文实现的K60N512核心板、Kinetis系列扩展板、Kinetis调试器OSJTAG和模块驱动程序已经计划在2011年8月苏州大学飞思卡尔大学计划培训中推广。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-12
  1.2 Cortex-M 内核  12-15
    1.2.1 Cortex-M 内核特点  12-13
    1.2.2 Cortex-M3 内核  13-14
    1.2.3 Cortex-M4 内核  14-15
  1.3 设计思路  15-16
  1.4 课题意义  16-18
  1.5 本文工作和论文结构  18-20
    1.5.1 本文工作  18-19
    1.5.2 论文结构  19-20
第二章 硬件设计  20-32
  2.1 K60N512 芯片简介  20-21
  2.2 K60N512 核心板设计  21-24
    2.2.1 电源电路  21
    2.2.2 晶振电路  21-22
    2.2.3 复位电路  22-23
    2.2.4 JTAG 电路  23
    2.2.5 状态指示电路  23-24
    2.2.6 扩展接口电路  24
  2.3 Kinetis 扩展板设计  24-28
    2.3.1 电源转换电路  24-25
    2.3.2 UART 模块  25
    2.3.3 SD 卡模块  25-26
    2.3.4 USB OTG  26
    2.3.5 液晶和数码管模块  26
    2.3.6 以太网模块  26-27
    2.3.7 CAN 模块  27-28
    2.2.8 其他电路  28
  2.4 Kinetis JTAG 调试器  28-29
  2.5 硬件测试  29-31
    2.5.1 K60N512 核心板测试  30
    2.5.2 Kinetis 扩展板测试  30
    2.5.3 测试体会  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章 模块驱动程序设计  32-47
  3.1 驱动程序设计原则  32-33
  3.2 K60N512 启动代码实现  33-35
    3.2.1 关闭看门狗  33-34
    3.2.2 复制中断向量表到RAM 中  34-35
    3.2.3 初始化芯片时钟  35
    3.2.4 跳转至main 函数执行  35
  3.3 UART 软件构件设计  35-38
    3.3.1 UART 构件实现  36-37
    3.3.2 UART 构件测试  37-38
  3.4 AD 软件构件设计  38-41
    3.4.1 AD 构件实现  38-40
    3.4.1 AD 构件测试  40-41
  3.5 CRC 软件构件设计  41-44
    3.5.1 CRC 构件实现  42-43
    3.5.2 CRC 构件测试  43-44
  3.6 Flash 软件构件设计  44-46
    3.6.1 Flash 构件实现  44-45
    3.6.2 Flash 构件测试  45-46
  3.7 本章小结  46-47
第四章 FreeRTOS 和LwIP 的移植  47-65
  4.1 FreeRTOS 在K60N512 上的移植  47-53
    4.1.1 FreeRTOS 简介  47-48
    4.1.2 FreeRTOS 和其他RTOS 的比较  48
    4.1.3 FreeRTOS 移植  48-52
    4.1.4 FreeRTOS 移植测试  52-53
  4.2 LwIP 在K60N512 上的移植  53-64
    4.2.1 LwIP 简介  53-55
    4.2.2 LwIP 结构  55-56
    4.2.3 LwIP 移植  56-63
    4.2.4 LwIP 测试  63-64
  4.3 本章小节  64-65
第五章 基于嵌入式Web 短信猫的设计  65-71
  5.1 短信猫设计  65-68
    5.1.1 系统需求  65
    5.1.2 EM310  65-66
    5.1.3 系统任务结构  66-67
    5.1.4 系统执行流程  67-68
  5.2 短信猫实现  68-70
    5.2.1 EM310 驱动程序  68
    5.2.2 嵌入式Web 服务器移植  68-69
    5.2.3 系统界面  69-70
  5.3 本章小结  70-71
第六章 总结与展望  71-73
  6.1 总结  71-72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-77
公开发表的学术论文及参与的主要科研项目  77-78
附录A K60N512 核心板实物图  78
附录B Kinetis 调试器OSJTAG 实物图  78-79
附录C Kinetis 系列扩展板实物图  79-80
致谢  80-81

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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