【正文】 河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 摘要畢 業(yè) 設 計 [論 文]題 目：ARM CortexM0 嵌入式微處理器中斷控制系統(tǒng)研究學 院： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 自動化 摘 要本文介紹了ARM CortexM0嵌入式微處理器中斷控制系統(tǒng)的設計。CortexM0是ARM公司開發(fā)的一款提供超低功耗、低成本微處理器，采用獨特的中斷控制系統(tǒng)，能夠有效加速中斷響應過程。通過對M0處理器的中斷控制系統(tǒng)研究，可以更深入的了解微處理器架構以及中斷控制系統(tǒng)設計。本文首先簡述了嵌入式系統(tǒng)的結構、現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢，然后解釋了中斷和中斷嵌套優(yōu)先級的概念，重點介紹了ARM CortexM0的結構特點，總結了M0異常和中斷的特點，并對M0的中斷優(yōu)先級、嵌套向量中斷控制器(NVIC)和ARM Cortex微控制器軟件接口標準(CMSIS)作說明，最后在ALTERA DE2115上用按鍵邊沿觸發(fā)中斷，通過觀察LED的閃爍狀態(tài)來驗證編寫的中斷控制程序。關鍵詞：ARM CortexM0，中斷，NVICIABSTRACTThis article describes the ARM CortexM0 embedded microprocessor interrupt control system design. ARM CortexM0 is the development of a pany to provide ultralowpower, lowcost microprocessors, using a unique interrupt control system that can effectively accelerate the process interrupt response. By M0 processor39。s interrupt control system can be more indepth understanding of microprocessor architecture and interrupt control system design.This paper outlines the structure of the embedded system, status quo and development trends, then explained the priority of interrupts and interrupt nesting concept, focusing on the ARM CortexM0 structural characteristics, summarized M0 exception and interrupt characteristics, and the interrupt priority for M0, nested Vectored Interrupt controller (NVIC) and the ARM Cortex microcontroller Software Interface Standard (CMSIS) for illustration, the last in ALTERA DE2115 with the keypad on edgetriggered interrupts, by observing the status LED flashing to verify that implements interrupt control.Keywords: ARM CortexM0, interrupt, NVICII目 錄摘 要 IABSTRACT II1 緒論 1 研究背景 1 研究內容 1 研究成果 1 論文結構 22 嵌入式系統(tǒng) 3 嵌入式系統(tǒng)簡介 3 嵌入式系統(tǒng)的組成與分類 4 常見嵌入式處理器的體系結構 5 嵌入式處理器的發(fā)展趨勢 63 中斷 8 中斷的定義 8 中斷源 9 中斷分類 9 中斷應具有的功能 10 中斷嵌套與優(yōu)先級 10 中斷優(yōu)先級 10 中斷嵌套 11 中斷控制方式的優(yōu)點 124 ARM CortexM0的中斷 13 ARM CortexM0簡介 13 ARM CortexM0總線架構 13 異常處理模型 14 異常狀態(tài) 14 異常類型 14 異常處理 15 異常向量表 16 異常優(yōu)先級 16 異常處理的進入與返回 17 CortexM0異常處理機制 20 嵌套向量中斷控制器 22 異常模式和系統(tǒng)中斷映射 23 操作描述 25 CortexM0中斷的特點 27 CMSIS軟件接口標準 28 CMSIS標準的軟件架構 29 CMSIS規(guī)范 305 實驗 33 控制要求 33 實驗準備 33 Keil uVision4簡介 33 ALTERA DE2115簡介 33 程序流程圖 35 程序代碼及分析 35 實驗結果 36結 論 37參考文獻 38致 謝 39附 錄 40IV河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 緒論1 緒論 研究背景隨著半導體行業(yè)進入深亞微米乃至納米時代，在單一集成電路芯片上就可以實現(xiàn)一個復雜的電路系統(tǒng)，即SoC系統(tǒng)。隨著人們對消費電子產(chǎn)品的多功能、智能化的要求越來越高，SoC芯片被大量使用，而微處理器是SoC系統(tǒng)的核心?？v觀嵌入式微處理器的發(fā)展歷史，從高端微控制器領域到低端微控制器領域，人們對低成本、低功耗、高性能的追求似乎永無止境。ARM 公司推出了低成本、低功耗、高性能的CortexM系列產(chǎn)品，其中于2009年初推出了CortexM0 處理器，這是市場上現(xiàn)有的除CortexM0+ 外尺寸最小、能耗最低、最節(jié)能的ARM 處理器。該處理器能耗非常低、門數(shù)量少、代碼占用空間小，能以8位器的價位獲得32位處理器的性能，將逐步取代現(xiàn)有市場中的8051微控制器。 研究內容ARM CortexM0處理器采用獨特的中斷控制系統(tǒng)，能夠有效加速中斷響應過程。通過對M0處理器的中斷控制系統(tǒng)的研究，了解主流的嵌入式微處理器及其主流架構，掌握基本的微處理器中斷處理流程，了解M0中斷控制系統(tǒng)，并針對M0微處理器編寫實例程序，使用keil軟件仿真器仿真驗證M0的中斷控制過程。本次設計需要有單片機原理和C語言基礎，自行查閱CortexM0的有關資料，了解M0中斷控制系統(tǒng)，在此理論基礎上，用M0的中斷控制系統(tǒng)去控制LED的閃爍狀態(tài)，具體來說就是：當按下電源開關后，LED開始慢閃，當按下按鍵后，LED進入快閃狀態(tài)，當松開后，LED恢復慢閃，但是當按鍵按下去和松開的時間間隔小于200ms時，NVIC禁止中斷，LED保持常亮。編寫相應的程序代碼，用keil uvision4編譯代碼并在ALTERA DE2115上進行中斷控制實驗。實驗結果應符合中斷控制系統(tǒng)控制要求，體現(xiàn)出M0中斷控制的特點。 研究成果在ARM CortexM0中斷控制系統(tǒng)的設計中，了解基本的微處理器中斷處理流程，重點是掌握ARM CortexM0中斷控制系統(tǒng)，對CortexM0處理器的搶占、末尾連鎖、遲到等加速中斷響應的技術作細致的了解，并對比所學過的51單片機的中斷控制過程，充分的體會到M0能夠有效加速中斷響應過程的特點。 論文結構第二章講述了嵌入式系統(tǒng)的概念、結構及應用領域，嵌入式微處理器分類、主流的體系結構和未來發(fā)展趨勢，并介紹了當前主流的嵌入式操作系統(tǒng)。第三章簡要的闡述了計算機技術上中斷的概念、類型和作用，同時也介紹了中斷嵌套優(yōu)先級的概念。第四章介紹ARM CortexM0的中斷，首先簡單介紹了M0的結構特點，其次講解了M0的異常處理模型，另起一節(jié)講解了嵌套向量中斷控制器 (NVIC)，并在此總結了M0中斷的特點，最后介紹了CMSIS軟件接口標準。第五章為實驗，按照控制要求進行硬、軟件的設計，繪制程序流程圖，編寫程序代碼，并記錄下實驗結果，并對其進行分析。45河南城建學院本科畢業(yè)設計（論文） 嵌入式系統(tǒng)2 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)是將計算機的硬件或是軟件嵌入其他機、電設備或應用系統(tǒng)中去，所構成了一種新的系統(tǒng)，即嵌入式系統(tǒng)。是以應用為中心，以計算機技術為基礎，采用可裁剪軟硬件，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)具有系統(tǒng)內核小、專用性強、系統(tǒng)精簡、高實時性的特征[1]。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性能好、功耗低、可靠性高以及面向應用的突出特點，因此嵌入式系統(tǒng)已被廣泛應用于軍事、國防、電子信息、家電、網(wǎng)絡通信、工業(yè)控制等領域。嵌入式系統(tǒng)的應用前景是非常廣闊的，IC 卡、手持電腦、智能手機、車載GPS、數(shù)字電視機頂盒，人們在生活中無時無處不接觸到嵌入式產(chǎn)品，尤其是嵌入式無線網(wǎng)絡產(chǎn)品的出現(xiàn)，使嵌入式產(chǎn)品和我們的生活緊密相連[2]。軍事電子信息家電嵌入式應用工業(yè)設備智能玩具智能儀表通訊設備汽車電子移動設備網(wǎng)絡設備電子商務網(wǎng) 絡圖 嵌入式系統(tǒng)的應用領域工業(yè)控制消費電子軍事國防網(wǎng)絡其他…… 嵌入式系統(tǒng)的應用領域嵌入式系統(tǒng)可以說無處不在，無所不在，有著廣闊的發(fā)展前景，也充滿了機遇和挑戰(zhàn)[3]。 嵌入式系統(tǒng)的組成與分類嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)（可選），以及用戶應用軟件系統(tǒng)等四個部分組成[4]。嵌入式應用軟件系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式處理器為核心的硬件平臺應用系統(tǒng)的I/O 嵌入式系統(tǒng)結構嵌入式系統(tǒng)由嵌入式硬件與嵌入式軟件組成。嵌入式硬件以芯片、模板、組件、控制器形式埋藏于設備內部。嵌入式軟件是實時多任務操作系統(tǒng)和各種專用軟件，一般固化在ROM或閃存中。嵌入式系統(tǒng)軟硬兼施，融為一體，成為產(chǎn)品，但在開發(fā)過程中需要一些開發(fā)工具進行輔助開發(fā)。功能層應用程序軟件層文件系統(tǒng)圖形用戶接口任務管理實時操作系統(tǒng)（RTOS）中間 層BSP/HAL硬件抽象層/板極支持包硬件層D/A嵌入式微處理器通用接口A/DROMI/OSDRAM人機交換接口 嵌入式系統(tǒng)的整體架構嵌入式處理器毫無疑問是嵌入式系統(tǒng)的核心部分，其直接關系到整個嵌入式系統(tǒng)的性能。通常情況下嵌入式處理器被認為是對嵌入式系統(tǒng)中運算和控制核心器件總的稱謂，但如果要仔細劃分的話，大體上可以將其分為四大類，即嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式數(shù)字信號處理器、系統(tǒng)級芯片。① 嵌入式微處理器：嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit，簡稱MPU)的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中將微處理器裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。② 嵌入式微控制器：嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，簡稱MCU，也稱單片機)一般以某一種微處理器內核為核心，芯片內部集成ROM、RAM、總線、總線邏輯、定時計數(shù)器、I/O、串行口等各種必要功能和外設。為適應不同的應用需求，產(chǎn)品的處理器內核都是一樣的，不同的是存儲器和外設的配置及封裝。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。③ 嵌入式數(shù)字信號處理器：嵌入式數(shù)字信號處理器(Embedded Digital Signal Processor，簡稱DSP)對系統(tǒng)結構和指令進行了特殊設計，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等方面，DSP算法正在大量進入嵌入式領域，DSP應用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn)DSP 功能，過渡到采用嵌入式DSP 處理器。④ 系統(tǒng)級芯片：系統(tǒng)級芯片(System On Chip，簡稱SOC，也稱片上系統(tǒng))是一個有專用目標的集成電路，其中包含完整系統(tǒng)，并有嵌入式軟件的全部內容。在SOC中通常將一個以上MPU和DSP，以及RAM、ROM、Cache、時鐘電路、定時器、中斷控制器、I/O端口、ADC、DAC等電路集成到一塊芯片中，同時可以由外部對芯片進行編程。應用SOC可以使系統(tǒng)電路板變得很簡潔，起到減小體積、降低功耗、提高可靠性的作用。 常見嵌入式處理器的體系結構各種嵌入式處理器層出不窮，嵌入式處理器市場呈現(xiàn)出百花齊放的景象。目前常用的嵌入式處理器的主要結構歸結起來有：8051體系結構、ARM體系結構、MIPS體系結構、PowerPC、DSP、x86 等[2]。① 8051體系結構：8051 單片機最早由Intel公司推出。它在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上同時集成了CPU、ROM、RAM以及TIMER、COUNTER 等部件,具有64KB的尋址能力。由于某些原因，8051在國內的使用非常普遍，但總的來說8051因其微處理器性能落后，