汽車電子S32K系列微控制器：基於ARM Cortex-M4F內核（簡體書）

本書基於恩智浦（NXP）公司於2017年推出的面向汽車電子的S32K系列微控制器，以構件化底層驅動為基礎闡述S32K系列微控制器應用程序的設計方法，內容涉及汽車電子技術基礎，S32K系列微控制器的基本特性，ARM Cortex-M4F的相關知識，底層驅動構件設計規範，以及S32K系列微控制器的Systick、PDB、LPIT、LTMR、RTC、FTM、Flash、ADC、CMP、SPI、I2C、DMA、CAN等模塊的程序設計方法。

王宜懷，男，1962年2月生，博士，教授、博士生導師、網絡工程系主任；蘇州大學嵌入式系統與物聯網研究所所長；蘇州市政協常委、中國農工民主黨蘇州市委常委；江蘇省計算機學會嵌入式系統與物聯網專業委員會主任、中國軟件行業協會嵌入式系統分會理事。主要研究方向：嵌入式系統、物聯網與智能控制技術。

恩智浦（NXP）公司於2017年推出了面向汽車電子的S32K系列微控制器。該微控制器以ARM Cortex-M4F為內核，內核頻率為112 MHz，運行溫度為?40℃～125℃，具有良好的EMC特性，可應用於汽車電子中的車身中控、信息娛樂系統連接、停車輔助系統、空調控制、車窗/天窗/車門控制、防盜裝置、通用傳感器節點等。整個S32K系列的引腳兼容，還將與未來Kinetis Auto系列其他產品的引腳兼容，可最大限度地提高硬件與軟件的重用性，減少投放市場的時間。相比於其他微控制器，S32K系列微控制器具有更寬的運行溫度範圍及更高的可靠性，具有性能好、可靠性高、價格低等突出特點，必將成為汽車電子領域的重要成員，也能更好地應用於其他對可靠性要求較高的領域。
本書以構件化底層驅動為基礎闡述S32K系列微控制器應用程序的設計方法，具有如下特點。
（1）按照由淺入深的原則，在簡明給出基本軟件、硬件要素的基礎上，儘快給出符合嵌入式軟件工程規範的工程框架、第一個C語言樣例、第一個彙編樣例及啟動過程解析，以便快速規範入門。一些較深的內容，隨後給出。
（2）對底層驅動進行構件化封裝。書中的每個模塊均根據嵌入式軟件工程基本原則並按照構件化封裝的要求，編寫了面向芯片級的底層驅動程序，同時給出了較為詳細、規範的注釋及對外接口，為實際應用提供了底層驅動構件，方便移植與複用，可以為讀者在實際項目開發時節省大量的時間。面向芯片級底層驅動程序為芯片的實際應用提供了共性技術基礎，避免了面向板級驅動給不同用戶帶來的不便。
（3）設計合理的測試用例。書中的所有源程序均通過測試，並保留了測試用例，避免了因例程的書寫或固有錯誤給讀者帶來煩惱。這些測試用例也為讀者的驗證與理解帶來方便。每個測試用例均為獨立的工程，包含文檔說明，可為讀者提供便利。書中附錄還提供了S32DS集成開發環境的簡明使用方法。
（4）本書配套的網上光盤提供了所有模塊的完整底層驅動構件化封裝程序與測試用例。針對需要使用PC程序測試用例的讀者，本書還提供了PC的C#源程序。網上光盤的版本將會適時更新。
（5）本書配套的網上光盤提供了最小硬件系統電路圖，可供讀者應用參考；同時還提供了含有S32K微控制器的金葫蘆IoT-GEC開發套件等硬件評估系統，方便讀者進行實踐與應用。
本書由蘇州大學的王宜懷負責編制提綱和統稿工作，並撰寫了第2～6章；中國科學技術大學的邵長星撰寫了第7～11章及附錄；NXP公司的黃熙撰寫了第1章、第12～14章；蘇州大學的博士研究生蔣建武、朱仕浪，碩士研究生孫亞軍、程宏玉、黃志賢、劉賢德等協助書稿整理及程序調試工作，他們卓有成效的工作，使本書更加實用；ARM公司、NXP公司為本書的撰寫提供了技術條件；電子工業出版社的編輯為本書的出版做了大量細緻的工作。在此一併表示誠摯的謝意。
鑒於作者水平有限，書中難免存在不足和錯誤之處，懇望讀者提出寶貴的意見和建議，以便再版時改進。

蘇州大學 王宜懷
2018年5月

第1章 概述 （1）
1.1 汽車電子技術的基本概念 （1）
1.2 我國汽車電子發展概況 （2）
1.3 恩智浦公司在汽車電子市場中的地位 （3）
1.4 面向汽車電子的S32K系列微控制器簡介 （3）
1.4.1 S32K系列微控制器的型號標識 （4）
1.4.2 S32K系列微控制器的簡明特性與結構框圖 （4）
1.4.3 S32K系列微控制器的共性資源列表 （6）
第2章 ARM Cortex-M4F微控制器 （7）
2.1 ARM Cortex-M4F微控制器簡介 （7）
2.1.1 ARM Cortex-M4F微控制器內部結構概要 （8）
2.1.2 ARM Cortex-M4F微控制器存儲器映像 （10）
2.1.3 ARM Cortex-M4F微控制器的寄存器 （10）
2.2 指令系統 （14）
2.2.1 指令簡表與尋址方式 （15）
2.2.2 數據傳送類指令 （16）
2.2.3 數據操作類指令 （18）
2.2.4 跳轉控制類指令 （21）
2.2.5 其他指令 （22）
2.3 指令集與機器碼對應表 （23）
2.4 GNU匯編語言的基本語法 （25）
2.4.1 ARM-GUN匯編語言格式 （26）
2.4.2 常用偽指令簡介 （27）
第3章 存儲映像、中斷源與硬件最小系統 （30）
3.1 S32K144存儲映像與中斷源 （30）
3.1.1 S32K144存儲映像 （30）
3.1.2 S32K144中斷源 （32）
3.2 S32K144的引腳功能 （35）
3.3.1 硬件最小系統引腳 （36）
3.2.2 I/O端口資源類引腳 （36）
3.3 S32K144硬件最小系統原理圖 （37）
3.3.1 電源及其濾波電路 （37）
3.3.2 複位電路及複位功能 （37）
3.3.3 晶振電路 （38）
3.3.4 SWD接口電路 （38）
第4章 GPIO及程序框架 （39）
4.1 通用I/O接口的基本概念及連接方法 （39）
4.1.1 I/O接口的概念 （39）
4.1.2 通用I/O （40）
4.1.3 上拉/下拉電阻與輸入引腳的基本接法 （40）
4.1.4 輸出引腳的基本接法 （41）
4.2 端口控制模塊與GPIO模塊的編程結構 （41）
4.2.1 端口控制模塊――決定引腳複用功能 （41）
4.2.2 GPIO模塊的對外引腳與內部寄存器 （44）
4.2.3 GPIO基本編程步驟與基本打通程序 （45）
4.3 GPIO驅動構件封裝方法與規範 （46）
4.3.1 設計GPIO驅動構件的必要性及GPIO驅動構件封裝要點分析 （46）
4.3.2 底層驅動構件封裝規範概要與構件封裝的前期準備 （48）
4.3.3 S32K144的GPIO驅動構件源碼及解析 （49）
4.4 利用構件方法控制LED閃爍 （60）
4.4.1 light構件設計 （60）
4.4.2 light構件測試工程主程序 （63）
4.5 工程文件組織框架與第一個C語言工程分析 （65）
4.5.1 工程框架及所含文件簡介 （66）
4.5.2 鏈接文件常用語法及鏈接文件解析 （67）
4.5.3 機器碼文件解析 （71）
4.5.4 芯片上電啟動運行過程解析 （72）
4.6 第一個匯編語言工程：控制小燈閃爍 （75）
4.6.1 彙編工程文件的組織 （76）
4.6.2 匯編語言GPIO驅動構件及使用方法 （76）
4.6.3 匯編語言Light構件及使用方法 （82）
4.6.4 匯編語言Light構件測試工程主程序及彙編工程運行過程 （84）
第5章 嵌入式硬件構件與底層驅動構件基本規範 （86）
5.1 嵌入式硬件構件 （86）
5.1.1 嵌入式硬件構件的概念及其分類 （87）
5.1.2 基於嵌入式硬件構件的電路原理圖設計簡明規則 （87）
5.2 嵌入式底層驅動構件的概念與層次模型 （90）
5.2.1 嵌入式底層驅動構件的概念 （90）
5.2.2 嵌入式硬件構件和軟件構件的層次模型 （91）
5.3 底層驅動構件的封裝規範 （91）
5.3.1 構件設計的基本思想與基本原則 （92）
5.3.2 編碼風格基本規範 （93）
5.3.3 構件公共要素文件 （96）
5.3.4 頭文件的設計規範 （98）
5.3.5 源文件的設計規範 （99）
5.4 硬件構件及底層軟件構件的重用與移植方法 （100）
5.4.1 硬件構件在實際系統中的應用 （100）
5.4.2 底層驅動構件的移植 （101）
第6章 串行通信模塊及第一個中斷程序結構 （103）
6.1 異步串行通信的通用基礎知識 （103）
6.1.1 串行通信的基本概念 （104）
6.1.2 RS-232總線標準 （105）
6.1.3 TTL電平到RS-232電平轉換電路 （106）
6.1.4 串行通信編程模型 （107）
6.2 UART驅動構件及使用方法 （108）
6.2.1 UART引腳分析 （108）
6.2.2 UART驅動構件基本要素分析與頭文件 （109）
6.2.3 printf的設置方法與使用 （113）
6.3 ARM Cortex-M4F中斷機制及S32K144中斷編程 （113）
6.3.1 關於中斷的通用基礎知識 （113）
6.3.2 ARM Cortex-M4F非內核中斷編程結構 （115）
6.3.3 S32K144中斷編程步驟（以串口接收中斷為例） （116）
6.4 UART驅動構件的設計方法 （118）
6.4.1 UART模塊編程結構 （118）
6.4.2 UART驅動構件源文件 （123）
第7章 Timer模塊 （132）
7.1 ARM Cortex-M4F內核定時器（Systick） （132）
7.1.1 Systick定時器模塊的編程結構 （133）
7.1.2 Systick驅動構件設計及測試工程 （134）
7.2 延時定時器（PDB）模塊 （136）
7.2.1 PDB模塊功能概述 （136）
7.2.2 PDB驅動構件及使用方法 （136）
7.2.3 PDB驅動構件的設計 （139）
7.3 低功耗中斷定時器（LPIT）模塊 （143）
7.3.1 LPIT模塊功能概述 （143）
7.3.2 LPIT驅動構件及使用方法 （143）
7.3.3 LPIT驅動構件設計 （145）
7.4 低功耗定時器（LPTMR）模塊 （150）
7.4.1 LPTMR模塊功能概述 （150）
7.4.2 LPTMR驅動構件及使用方法 （150）
7.4.3 LPTMR驅動構件的設計 （152）
7.5 實時時鐘（RTC）模塊 （155）
7.5.1 RTC模塊功能概述 （155）
7.5.2 RTC驅動構件及使用方法 （156）
7.5.3 RTC驅動構件的設計 （160）
第8章 PWM模塊和FTM模塊 （169）
8.1 脈寬調製、輸入捕捉與輸出比較的通用基礎知識 （169）
8.1.1 PWM的通用基礎知識 （169）
8.1.2 輸入捕捉與輸出比較的通用基礎知識 （172）
8.2 FTM模塊的基本知識 （172）
8.2.1 FTM模塊概述 （172）
8.2.2 FTM模塊的技術要點 （173）
8.3 FTM驅動構件及使用方法 （174）
8.3.1 FTM模塊的脈寬調製、輸入捕捉和輸出比較的外部引腳 （174）
8.3.2 FTM驅動構件頭文件及使用方法 （175）
8.4 FTM驅動構件的設計 （183）
8.4.1 FTM模塊編程結構 （183）
8.4.2 FTM驅動構件設計 （187）
第9章 Flash模塊 （196）
9.1 Flash存儲器的基礎知識 （196）
9.1.1 Flash存儲器的特性 （196）
9.1.2 Flash存儲器的編程模式 （197）
9.1.3 Flash存儲器的基本操作 （197）
9.2 Flash驅動構件及其使用方法 （197）
9.2.1 Flash驅動構件頭文件解析 （197）
9.2.2 Flash驅動構件的使用方法 （200）
9.3 Flash保護 （201）
9.3.1 Flash模塊保護的含義及保護函數的使用說明 （201）
9.3.2 Flash模塊加密方法與去除密碼方法 （202）
9.4 Flash驅動構件的設計 （203）
9.4.1 Flash模塊編程結構 （203）
9.4.2 Flash驅動構件設計技術要點 （207）
9.4.3 Flash驅動構件封裝要點分析 （209）
9.4.4 Flash驅動構件的源文件（flash.c） （210）
第10章 ADC模塊與CMP模塊 （218）
10.1 模/數轉換器（ADC）模塊 （218）
10.1.1 ADC模塊的通用基礎知識 （218）
10.1.2 ADC模塊驅動構件及使用方法 （221）
10.1.3 ADC驅動構件的設計 （225）
10.2 比較器（CMP）模塊 （233）
10.2.1 CMP模塊的通用基礎知識 （233）
10.2.2 CMP驅動構件及使用方法 （234）
10.2.3 CMP驅動構件的設計 （238）
第11章 SPI模塊與I2C模塊 （244）
11.1 串行外設接口（SPI）模塊 （244）
11.1.1 SPI模塊的通用基礎知識 （244）
11.1.2 SPI驅動構件及使用方法 （247）