嵌入式技术基础与实践-学习札记（一）

KL系列MCU简介与体系结构概述

? 该系列是业内首款基于\(ARM\ Cortex-M0+\)内核的\(MCU\)，具有超低功耗、应用设计方便、扩展性好、系列品种齐全等特点。\(KL\)系列\(MCU\)面向家用电器、便携式医疗系统、智能电表、照明、电源、电机控制及工业控制系统等。\(KL\)系列的主要特点如下最高工作频率\(48MHz\)、支持直接存储器访问\(DMA\)，位操作引擎\(BME\)、内核单周期访问内存速度可达\(1.77CoreMark/MHz\)、单周期访问\(I/O\)、关键外设速度比标准\(I/O\)最大提高\(50\%\)；\(2\)级流水线设计减少了指令周期数\(CPI\)，提高跳转指令和执行\(ISR\)中断服务例程速度；与\(8\)位，\(16\)位\(MCU\)相比具有更精简的代码密度，减少\(Flash\)空间、系统资源及功耗；更精简的指令系统优化访问程序存储空间，完全兼容\(ARM\ Cortex-M0\)，兼容\(Cortex-M3/M4\)指令集子集。

KL系列MCU?的型号标识

KL系列MCU体系结构概述

? \(KL\)系列\(MCU\)是以\(AMBA\)总线规范为架构的片上系统，如图所示：

KL25系列存储映像与中断源

KL25系列存储映像

? 所谓存储映像在这里可以直观地理解为\(M0+\)寻址的\(4GB\)地址空间\((0x000\_0000\sim 0xFFFF\_FFFF)\)被如何使用，都对应了哪些实际的物理介质。下面利用\(GPIO\)模块来阐述有关的概念。

? \(GPIO\)模块使用了\(0x400F\_F000\sim 0x400F\_FFFF\)地址空间，这些空间内的\(GPIO\)寄存器与\(CPU(即M0+内核)\)内部寄存器（如\(R0,R1\)等）不同，访问\(GPIO\)寄存器需要使用直接地址进行访问，也就是说需要使用三总线（地址总线，数据总线，控制总线）。而访问\(CPU\)内部寄存器，不需要经过三总线（汇编语言直接使用\(R0,R1\)等名称即可），没有地址问题。由于访问\(CPU\)内部寄存器不经过三总线，所以比访问\(GPIO\)寄存器来的快。为区别\(CPU\)内部寄存器，\(GPIO\)寄存器也被称为“映像寄存器”\((Mapping\ Register)\)，相对应的地址被成为“映像地址”\((Mapping\ Address)\)。整个可直接寻址的空间被称为“映像地址空间”\((Mapping\ Address Space)\)。

? 对于此表，主要记住片内\(Flash\)区及片内\(RAM\)区存储映像。因为中断向量、程序代码、常数放在片内\(Flash\)中，源程序编译后的链接阶段需要使用的链接文件中需含有目标芯片\(Flash\)的地址范围及用途等信息，才能顺利生成机器码。链接文件中还需包含\(RAM\)的地址范围及用途等信息，以便生成机器码确切定位全局变量、静态变量的地址及堆栈指针。

? \(KL25\)片内\(Flash\)大小为\(128KB\)，地址范围是\(0x0000\_\sim 0x0001\_FFFF\)，一般被用来存放中断向量，程序代码，常数等，其中前\(192B\)为中断向量表。

? \(KL25\)片内\(RAM\)为静态随机存储器\(SRAM\)，大小为\(16KB\)，地址范围\(0x1FFF\_F000\sim 0x2000\_2FFF\)，一般被用来存储全局变量、静态变量、临时变量（堆栈空间）等。

KL25中断源

? 中断是计算机发展中一个重要的技术，它的出现很大程度上解放了处理器，提高了处理器的执行效率。所谓中断，是指\(MCU\)在正常运行程序时，由于\(MCU\)内核异常或者\(MCU\)各模块发出请求事件，引起\(MCU\)停止正在运行的程序，而转去处理异常或执行处理外部事件的程序。

? 内核中断主要指异常中断，非内核中断又称可屏蔽中断，这类中断通过编程控制，开启或关闭该中断。

? 中断向量序号是每一个中断源的固定编号，由芯片设计产生时决定，编程时不能更改，它代表了中断服务程序入口地址在中断向量表的位置。\(IRQ\)中断号是非内核中断源的编号，每一个编号代表一个非内核中断源。

KL25的引脚功能

? \(MCU\)的硬件最小系统是指包括电源、晶振、复位、写入调试器接口等可使内部程序得以运行的、规范的、可复用的核心构件系统。电路中需要大量的电源类引脚用来提供足够的电流容量同时保持芯片电流平衡，所有的电源引脚必须外接适当的滤波电容抑制高频噪声。

硬件最小系统引脚

GPIO及程序框架

通用I/O

? 所谓通用\(I/O\)，也记为\(GPIO(General\ Purpose\ I/O)\)，即基本输入/输出，有时也称并行\(I/O\)，或普通\(I/O\)，它是\(I/O\)的最基本形式。作为通用输入引脚，\(MCU\)内部程序可以通过端口寄存器获取该引脚状态。作为通用输出引脚，\(MCU\)内部程序通过端口寄存器控制该引脚状态。

上拉下拉电阻的基本接法

端口控制模块

? \(KL25\)的大部分引脚具有复用功能，可以通过端口控制模块提供的寄存器编程指定其为某一具体功能。

? \(PORT\)模块内含三类寄存器，分别是引脚控制寄存器\((Pin\ Control\ Register)\)，全局引脚控制寄存器\((Global\ Pin\ Control Register)\)、中断状态标志寄存器\((Interrupt\ Status\ Flag\ Register)\)。

? \(KL25\)芯片有\(5\)个端口\(A\sim E\)，每个端口有\(32\)个引脚控制寄存器\(PORTx\_PCRn\)（其中\(x=A\sim E,n=0\sim 31\)），两个全局引脚控制寄存器\((PORTx\_GPCLR、PORTx\_GPCHR)\)，一个中断状态标志寄存器\(PORTx\_ISFR\)。

引脚控制寄存器

? 引脚复用控制字段，它决定引脚复用何种功能。

? 每个端口都有\(32\)个引脚控制寄存器\(PORTx\_PCRn\)。端口\(x\)的每个引脚控制寄存器\(PORTx\_PCRn=\) \(=4004\_9000+x\times1000+n\times 4(x=A\sim E,对应0\sim 4,n=0\sim 31)\)。

? 其中，\(X\)表示复位后状态不确定。下面给出相关功能说明，未说明的位或者字段为保留（只读，值为\(0\)）。

? \(D24(ISF)\)——中断状态标志（只读）。数字引脚模式下有效。\(ISF=0\)，未检测到引脚中断；\(ISF=1\)，检测到引脚中断。向该位写\(1\)，可清楚中断状态标志。若引脚配置为\(DMA\)请求方式，在完成\(DMA\)请求传输后，将自动清楚中断状态标志。如果引脚被配置为电平触发的中断，引起中断的电平若一直有效，该标志将一直保持置位，即使被清楚后也会立即置位。

? \(D19\sim D16(IRQC)\)——中断配置情况（读/写）。数字引脚模式下有效。\(IRQC=0000\)，关闭引脚中断\(/DMA\