汽车嵌入式微控制器原理及应用

第1章 绪论1.1 英飞凌嵌入式微控制器的类型1.2 英飞凌XC2000家族汽车嵌入式微控制器的主要特点及应用领域1.2.1 基本特性1.2.2 功能延展性1.2.3 开发工具1.2.4 应用领域1.3 英飞凌TriCoreTM系列汽车嵌入式微控制器的特性简介1.3.1 TriCoreTM TC1.6内核1.3.2 外设控制处理器（PCP2）1.3.3 存储器及其保护1.3.4 一般外设模块1.3.5 新型外设模块第2章 系统架构和中央处理单元2.1 体系结构2.1.1 系统架构2.1.2 系统内核2.1.3 资源接口2.2 中央处理单元CPU2.2.1 CPU组成2.2.2 标准特殊功能寄存器CSFR2.2.3 通用寄存器GPR及其使用2.2.4 指令读取与流水线处理2.2.5 标准数据处理2.3 DSP数据处理单元MAC2.3.1 MAC单元概述2.3.2 MAC单元的功能模块2.3.3 MAC 单元状态字MSW第3章 存储器组织与保护3.1 存储器概述3.2 数据及代码的存储方式3.2.1 寄存器区3.2.2 SFR区3.2.3 全局GPR组区3.2.4 IMB寄存器区3.2.5 PEC指针3.3 I/O区3.4 数据存储区3.4.1 DRPAM3.4.2 DSRAM3.4.3 数据保持存储器3.4.4 系统堆栈3.5 内部程序存储器区3.5.1 PSRAM3.5.2 非易失性程序存储器（Flash/ROM）3.5.3 Flash程序存储器3.6 外部存储空间及其接口控制3.6.1 外部存储器概述3.6.2 外部总线控制器3.6.3 外部总线访问接口3.6.4 地址窗3.6.5 LxBUS访问3.6.6 EBC的关闭3.6.7 存储器边界越界3.7 存储器保护与校验3.7.1 存储器的数据保护3.7.2 存储器的数据校验3.7.3 RAM保护3.7.4 寄存器保护3.8 存储器寄存器3.8.1 IMB寄存器3.8.2 SBRAM寄存器第4章 系统中断与事件控制4.1 中断类型与结构4.1.1 中断系统的类型4.1.2 中断系统的结构4.2 中断与事件寄存器4.2.1 中断控制寄存器4.2.2 PEC寄存器4.3 中断仲裁4.4 中断控制4.4.1 中断优先级与组优先级4.4.2 全局中断控制功能4.4.3 中断类管理4.4.4 中断向量表4.4.5 快速中断4.4.6 CPU状态保存4.4.7 CPU 上下文切换4.4.8 软件强制中断4.4.9 硬件强制中断4.5 PEC4.5.1 PEC介绍4.5.2 PEC 源和目的指针4.5.3 PEC通道控制4.5.4 PEC中断4.6 外部中断及OCDS请求4.6.1 外部中断4.6.2 OCDS 请求第5章 系统控制单元5.1 SCU寄存器5.1.1 时钟配置寄存器5.1.2 PLL寄存器5.1.3 系统时钟控制寄存器5.1.4 STM寄存器5.1.5 WUT寄存器5.1.6 复位控制器寄存器5.1.7 ESR寄存器5.1.8 电源电压寄存器5.1.9 GSC寄存器5.1.10 启动寄存器5.1.11 ERU寄存器5.1.12 中断及强制中断控制寄存器5.1.13 WDT内核寄存器5.1.14 存储器保护寄存器5.1.15 寄存器保护寄存器5.1.16 其他寄存器5.2 时钟产生5.2.1 结构与功能5.2.2 振荡器输入5.2.3 锁相环5.2.4 时钟输出控制5.2.5 系统时钟紧急处理5.3 定时控制5.3.1 系统定时器5.3.2 唤醒定时器5.3.3 看门狗定时器5.4 电源管理5.4.1 电源域5.4.2 电源电压及控制功能5.4.3 电压看门狗5.4.4 省电机制5.5 系统复位5.5.1 复位架构5.5.2 复位类型5.5.3 一般复位操作5.5.4 复位寄存器5.5.5 复位请求触发源5.5.6 ESR引脚的复位功能5.6 外设模式控制5.6.1 GSC控制流5.6.2 请求源仲裁5.6.3 命令的使用5.6.4 挂起控制流5.7 外部请求控制5.7.1 概述5.7.2 输入连接5.7.3 功能模块5.7.4 触发组合及其中断产生5.7.5 序列检测及其中断产生5.8 SCU中断5.8.1 一般中断5.8.2 强制中断第6章 输入/输出端口、系统调试与启动配置6.1 通用输入/输出端口6.1.1 GPIO概述6.1.2 GPIO的寄存器6.1.3 端口描述6.2 片上调试系统6.2.1 OCDS概述6.2.2 调试接口6.3 启动配置和引导程序加载6.3.1 启动模式配置与选择6.3.2 存储器启动模式6.3.3 引导程序加载第7章 实时时钟7.1 RTC功能描述7.2 RTC寄存器7.2.1 RTC控制寄存器7.2.2 RTC中断寄存器7.2.3 RTC计数寄存器及其重载寄存器7.3 RTC工作原理7.3.1 概述7.3.2 时钟模式7.3.3 复位状态7.3.4 运行控制7.3.5 RTC中断7.3.6 48位定时器7.3.7 RTC定时器校准7.3.8 RTC 寄存器读写访问第8章 通用定时器8.1 GPT的基本功能8.2 GPT的寄存器8.2.1 GPT控制寄存器8.3 定时器模块GPT1的工作原理8.3.1 GPT1定时器模块结构与功能描述8.3.2 运行控制8.3.3 计数方向控制8.3.4 定时器T3输出翻转锁存8.3.5 工作模式8.4 定时器模块GPT2的工作原理8.4.1 GPT2的结构与功能描述8.4.2 寄存器CAPREL的工作模式8.4.3 组合捕获模式8.4.4 GPT12的中断控制8.5 GPT12的时钟信号控制8.5.1 GPT1定时器模块的时钟信号控制8.5.2 GPT2定时器模块的时钟信号控制第9章 模数转换器9.1 ADC的结构与功能9.1.1 ADC结构9.1.2 基本功能9.2 ADC寄存器9.2.1 ADC的一般寄存器9.2.2 ADC的仲裁器寄存器9.2.3 ADC的通道寄存器9.2.1 ADC的结果寄存器9.2.5 ADC的请求源寄存器9.2.6 队列寄存器9.2.7 ADC的附加特性寄存器9.3 ADC的工作原理9.3.1 模式控制9.3.2 模块激活和省电模式9.3.3 ADC模块时钟9.3.4 请求源9.3.5 请求源仲裁器9.3.6 扫描请求源处理9.3.7 通道转换控制9.3.8 转换结果处理9.3.9 ADC事件中断9.3.10 外部复用器控制9.3.11 同步转换9.3.12 等间隔采样9.3.13 断线检测第10章 捕获与比较单元210.1 CAPCOM2的结构与功能10.1.1 CAPCOM2的结构10.1.2 CAPCOM2的基本功能10.2 CAPCOM2的寄存器10.2.1 CAPCOM2的控制寄存器10.2.2 CAPCOM2的中断控制寄存器10.2.3 CAPCOM2的数据寄存器10.3 CAPCOM2的工作原理10.3.1 比较输出的时序工作模式10.3.2 定时器的工作模式10.3.3 捕获/比较通道10.3.4 捕获模式操作10.3.5 比较模式操作10.3.6 双寄存器比较模式操作10.3.7 比较输出信号的产生10.3.8 单次事件操作10.3.9 对外部输入信号的要求10.3.10 CAPCOM2模块的中断第11章 捕获与比较单元611.1 CCU6的结构与功能11.1.1 CCU6的结构11.1.2 CCU6的基本功能11.1.3 模式控制11.2 CCU6的寄存器11.2.1 通用控制寄存器11.2.2 捕获/比较控制寄存器11.2.3 调制功能寄存器11.2.4 多通道模式输出映射寄存器11.2.5 中断控制/状态寄存器11.2.6 T12数据寄存器11.2.7 T13数据寄存器11.3 定时器T12的工作原理11.3.1 结构和功能11.3.2 工作模式11.3.3 比较模式输出路径11.3.4 捕获模式11.3.5 映射寄存器传送11.4 定时器T13的工作原理11.4.1 结构与功能11.4.2 计数操作11.4.3 比较模式11.4.4 比较模式输出路径11.4.5 映射寄存器传送11.5 霍尔传感器模式11.5.1 功能描述11.5.2 霍尔序列评估11.5.3 霍尔序列比较逻辑11.5.4 霍尔模式标志位11.5.5 实现无刷直流电机控制的霍尔模式11.6 中断处理11.6.1 中断结构11.6.2 中断请求源和中断事件第12章 通用串行接口12.1 结构与功能12.1.1 USIC功能12.1.2 USIC结构12.2 USIC的寄存器12.2.1 模块寄存器12.2.2 通道寄存器12.2.3 波特率发生器寄存器12.2.4 输入控制寄存器12.2.5 传送控制和状态寄存器12.2.6 协议相关寄存器12.2.7 数据缓存寄存器12.2.8 FIFO缓存寄存器12.3 USIC的工作原理12.3.1 USIC通道的操作12.3.2 通道事件和中断12.3.3 USIC的输入级12.3.4 波特率发生器12.3.5 发送数据通路12.3.6 接收数据通路12.3.7 FIFO数据缓存12.3.8 FIFO缓存事件和中断12.4 异步串行通道（UART）及其USIC操作12.4.1 信号描述12.4.2 UART帧格式12.4.3 UART协议寄存器12.4.4 UART协议的USIC操作12.4.5 LIN的硬件支持12.5 同步串行通道（SPI /SSC）及其USIC操作12.5.1 信号描述12.5.2 SPI/SSC协议寄存器12.5.3 SPI/SSC协议的USIC操作12.5.4 SPI/SSC的主控模式12.5.5 SPI/SSC的从控模式12.5.6 SPI/SSC协议事件中断12.6 I2C总线协议及其USIC操作12.6.1 信号描述12.6.2 帧格式及符号时序12.6.3 I2C协议寄存器12.6.4 I2C协议的USIC操作12.6.5 数据流处理12.6.6 I2C协议中断事件第13章 局域网控制器（MultiCAN）13.1 结构与功能13.1.1 MultiCAN特性13.1.2 模块结构与频率控制13.1.3 模式控制13.1.4 中断结构13.2 MultiCAN的寄存器13.2.1 寄存器类型及其相对地址13.2.2 通用模块控制寄存器13.2.3 面板命令控制寄存器13.2.4 模块设置寄存器13.2.5 节点寄存器13.2.6 报文对象寄存器13.3 MultiCAN模块的操作13.3.1 CAN节点控制13.3.2 报文对象列表结构13.3.3 CAN节点分析模式13.3.4 报文后处理接口13.3.5 报文对象数据处理13.3.6 报文对象功能第14章 汇编指令系统14.1 寻址模式14.1.1 寻址模式概述14.1.2 操作数类型14.2 指令的数据类型及条件码14.2.1 数据类型14.2.2 数字的表示和舍入14.2.3 条件码14.3 汇编指令14.3.1 指令格式14.3.2 算术运算指令14.3.3 逻辑运算指令14.3.4 比较和循环控制指令14.3.5 布尔位操作指令14.3.6 移位指令14.3.7 数据传送指令14.3.8 系统堆栈指令14.3.9 跳转指令14.3.10 子程序调用指令14.3.11 子程序返回指令14.3.12 系统控制指令14.3.13 优化指令第15章 最小系统的硬件设计15.1 XC2238N微控制器概述15.1.1 基本特性15.1.2 XC2238N的芯片引脚15.1.3 电气特性15.2 电源、复位与时钟电路设计15.2.1 电源电路15.2.2 复位电路15.2.3 外部振荡器电路15.3 调试系统电路接口与配置15.3.1 JTAG调试接口15.3.2 DAP调试接口15.3.3 启动模式接口电路配置15.4 SCH和PCB设计概要15.4.1 XC2238N最小系统原理图15.4.2 空引脚处理15.4.3 电源和晶振PCB布置第16章 嵌入式C程序开发方法16.1 开发流程16.2 数字应用虚拟工程师（DAvE）16.2.1 DAvE的安装16.2.2 DAvE的应用简介16.2.3 目标系统扫描16.3 集成开发环境（IDE）16.3.1 TASKING编译器简介16.3.2 TASKING VX-toolset的安装与应用简介16.3.3 KEIL编译器16.4 调试器/仿真器16.4.1 iSYSTEM16.4.2 LAUTERBACH16.4.3 其他调试开发工具16.5 编程工具16.5.1 Memtool16.5.2 SMH16.5.3 Xeltek16.5.4 HiLo第17章 嵌入式C语言代码设计17.1 数据类型与变量17.1.1 数据类型17.1.2 常量与变量17.2 存储器的使用规则17.2.1 存储器类型修饰符17.2.2 带存储器类型修饰符的指针17.2.3 存储器模式17.2.4 绝对地址的分配17.2.5 位访问17.3 函数的使用规则17.3.1 函数的调用声明17.3.2 函数的返回地址声明17.3.3 函数的参数传递规则17.3.4 函数的返回值规则17.3.5 堆栈的使用17.3.6 通用寄存器的使用17.3.7 中断函数17.4 修饰符及pragma预处理命令17.4.1 auto修饰符17.4.2 static修饰符17.4.3 register修饰符17.4.4 extern修饰符17.4.5 void修饰符17.4.6 volatile修饰符17.4.7 pragma预处理命令17.5 工程17.5.1 DAvE创建的工程文件结构17.5.2 TASKING VX-toolset中生成的工程文件17.6 汽车嵌入式系统C语言设计的MISRA规则17.6.1 环境17.6.2 编程语言扩展17.6.3 文件17.6.4 字符集17.6.5 标识符17.6.6 类型17.6.7 常数17.6.8 声明和定义17.6.9 初始化17.6.10 算术类型转换17.6.11 指针类型转换17.6.12 表达式17.6.13 控制语句表达式17.6.14 控制流程17.6.15 开关语句17.6.16 函数17.6.17 指针和数组17.6.18 结构和联合17.6.19 预处理命令17.6.20 标准库17.6.21 运行时间失败第18章 汽车嵌入式实时系统应用18.1 系统概述18.2 功能实现18.2.1 GPT1/CAN/ADC/USIC模块功能18.2.2 CCU6模块18.3 DAvE配置方法18.3.1 配置GPT1模块18.3.2 配置MultiCAN模块18.3.3 配置USIC模块18.3.4 配置ADC模块18.3.5 配置CCU60模块18.3.6 配置中断优先级18.4 代码编译18.4.1 添加用户代码到GPT模块5ms中断函数18.4.2 添加用户代码到CAN接收中断函数18.4.3 添加用户代码到USIC0 CH0接收中断函数18.4.4 添加用户代码到ADC0 结果寄存器0中断函数18.4.5 添加用户代码到CCU60中断函数缩略语参考文献

　　本书是作者根据多年的实际开发经验，在英飞凌科技公司有关数据手册的基础上编写而成，以帮助读者快速进入实际设计流程进行开发实践。本书详细介绍16位/32位微控制器XC2000家族的工作原理及其使用方法；以XC2200N系列微控制器为例设计了满足实际工程开发的最小硬件系统，并给出永磁无刷直流电机的应用例程；同时，从工程开发的角度，介绍汽车嵌入式实时控制系统的开发方法、流程和工具。【作者简介】　　程夕明，2004至今，北京理工大学机械与车辆学院。科研方向：电动汽车驱动系统设计、仿真与控制；电动汽车电源管理系统。教学工作：功率电子学原理与设计技术。