嵌入式系统设计实验教程

“嵌入式系统设计”是嵌入式方向的专业基础理论课，而实验实践是加强基础理论学习的必要手段。本书以基于ARM Cortex-M4芯核的典型芯片为例，介绍了嵌入式系统设计中典型的、涉及常规外设的基础实验和综合实验。

经验丰富：本书由中国计算机学会（CCF）嵌入式系统专委会组织编写，作者不仅具有嵌入式系统课程的教学经验，同时具有多年嵌入式系统的实践和项目经验。

针对性强，配套使用：本书是《嵌入式系统设计基础及应用——基于ARM Cortex-M4微处理器》的配套实验教材，同时也可以单独作为“嵌入式系统设计”课程的实验教材使用。

实验丰富，讲解透彻：涵盖14个实验，包括嵌入式系统开发环境部署、汇编指令、C语言、GPIO 输入/输出、外部中断、定时器、呼吸灯与PWM 控制、USART通信、I2C通信、实时时钟RTC驱动、实时操作系统移植等13个基础实验，以及1个综合实验。读者

通过阅读硬件手册、学习硬件配置的修改、调试开发板等，完成实验的搭建、代码的编写、代码的下载以及程序在开发板上的运行调试，掌握基于ARM Cortex-M4的常规外设开发，从而提升嵌入式系统开发和设计的能力。

资源齐全，利于教学：提供14个实验完整的工程文件以及实验大纲。

“嵌入式系统设计”是嵌入式方向的专业基础理论课，而实验实践是加强基础理论学习的必要手段。本书以基于ARM Cortex-M4芯核的典型芯片为例，介绍嵌入式系统设计中典型的、涉及常规外设的基础实验和综合性实验。《嵌入式系统设计实验教程》共14个实验，包括嵌入式系统开发环境部署、汇编指令、C语言、GPIO输入/输出、外部中断、定时器、呼吸灯与PWM控制、USART通信、I2C通信、实时时钟RTC驱动、实时操作系统移植等13个基础实验，以及1个综合实验，包括实验目的、实验设备、实验内容、实验预习、实验原理、实验步骤、实验参考程序、实验总结和思考题等内容。

《嵌入式系统设计实验教程》是《嵌入式系统设计基础及应用——基于ARM Cortex-M4微处理器》的配套实验教材，可作为高等院校软件工程、计算机、电子信息和电气工程、自动化、物联网等相关专业本科生相关理论课程的实践配套教材，也可作为广大从事嵌入式系统开发的工程技术人员实践学习的参考用书。

曹喜信，博士，教授，博导。2000年获计算机工学博士学位。现为中国计算机学会（CCF）嵌入式系统专业委员会秘书长、“华北EDA/PLD新技术推广与教学研究会”副理事长兼秘书长。

郭建，华东师范大学，副教授，博士，研究领域：嵌入式系统

陈刚，东北大学计算机科学与工程学院，副教授，博士，研究领域：嵌入式系统、机器人、计算机视觉，刘锦辉，西安电子科技大学计算机科学与技术学院，副教授，博士，研究领域：嵌入式系统、计算机仿真技术、数字信号处理技术

江先阳，武汉大学物理科学与技术学院，副教授，博士，研究领域：新型计算机体系结构、类脑计算等

谢国琪，湖南大学信息科学与工程学院，教授，计，博士，研究领域：实时系统、高性能嵌入式计算、汽车信息物理系统

谢勇，南京邮电大学计算机学院，副教授，博士，研究领域：嵌入式系统

陈勉，西安电子科技大学，研究领域：分布式计算、移动智能计算

实验1 嵌入式系统开发环境部署
1.1 实验目的
1.2 实验设备
1.3 实验内容
1.4 实验预习
1.5 实验原理
1.6 实验步骤
1.6.1 Keil开发工具安装方法
1.6.2 项目工程建立
1.6.3 Keil MDK调试工具
1.6.4 Keil使用注意事项
1.7 实验总结
1.8 思考题
实验2 汇编指令实验
2.1 实验目的
2.2 实验设备
2.3 实验内容
2.3.1 实验题目
2.3.2 实验描述
2.4 实验预习
2.5 实验原理
2.5.1 软件开发环境
2.5.2 ARM Cortex-M4编程模型
2.5.3 存储器系统
2.5.4 指令格式
2.6 实验步骤
2.6.1 工程文件
2.6.2 创建工程
2.6.3 创建文件
2.6.4 配置参数
2.6.5 编译
2.6.6 运行及调试
2.7 实验参考程序
2.8 实验总结
2.9 思考题
实验3 C语言实验
3.1 实验目的
3.2 实验设备
3.3 实验内容
3.4 实验预习
3.5 实验原理
3.6 实验步骤
3.6.1 创建工程
3.6.2 修改配置
3.6.3 跟踪变量
3.7 实验参考程序
3.8 实验总结
3.9 思考题
实验4 GPIO设备编程一输出实验(寄存器点亮LED灯)
4.1 实验目的
4.2 实验设备
4.3 实验内容
4.4 实验预习
4.5 实验原理
4.5.1 GPIO寄存器
4.5.2 寄存器映射
4.6 实验步骤
4.6.1 硬件连接
4.6.2 实验讲解
4.6.3 创建工程
4.6.4 编译并点亮LED
4.7 实验参考程序
4.8 实验总结
4.9 思考题
实验5 GPIO设备编程—输出实验（固态库点亮LED灯）
实验6 GPIO设备编程—输入实验
实验7 外部中断实验
实验8 定时器实验
实验9 呼吸灯与PWM控制实验
实验10 USART通信实验
实验11 I2C通信实验
实验12 实时时钟RTC部件
实验13 实时操作系统内核移植与编译实验
实验14 综合实验：最小系统的实验
附录A ARM Cortex-M4主要指令列表
附录B 硬件连接图

“嵌入式系统设计”是大学嵌入式方向的专业基础课，与之相对应的实践环节是帮助学生理解相关理论的必要手段之一。为了提高学生的动手、分析与解决问题的能力，使理论与实际工程实践和应用紧密结合，并提升学生(读者，特别是初学者)探究的兴趣。本书是《嵌入式系统设计基础及应用——基于ARM CortexM4微处理器》的配套实验教材，同时，本书也可以单独作为“嵌入式系统设计”课程的实验教材使用。

本书详细介绍了嵌入式系统开发中基于ARM CortexM4芯核的芯片的常规外设实验，包括GPIO、中断机制、定时器、UART、PWM、I2C、时钟等。基础实验的内容包括基本原理、实验硬件设备的搭建、软件开发过程、实验的步骤等，综合实验介绍了一个嵌入式最小系统的开发设计。

本书的14个实验都在基于ARM CortexM4（集成在STM32F429IGT6中）的开发板上调试通过。书中采用循序渐进、深入浅出的叙述方式，引导读者通过阅读硬件手册、学习硬件配置的修改、调试开发板等，完成实验的搭建、代码的编写、代码的下载以及程序在开发板上的运行调试，掌握基于ARM CortexM4的常规外设开发，从而提升嵌入式系统开发和设计的能力。

本书工程文件和实验大纲可扫描此处二维码下载。

配套资源

本书由北京大学曹喜信、郭建、陈刚主编，北京大学、东北大学、华东师范大学、西安电子科技大学、武汉大学、湖南大学和南京邮电大学相关一线教师共同编写，华东师范大学郭建统稿。北京大学林金龙教授在本书的编写过程中，提出了许多宝贵的修改意见，在此表示衷心的感谢。感谢清华大学出版社编辑多次给出的编撰意见，使得本书能够顺利完成。感谢华东师范大学软件工程学院的董星河、王子健在实验整理、校对过程中付出的辛勤劳动。

非常感谢CCF嵌入式系统专家委员会对编写本书的支持。本书受到华东师范大学精品教材建设专项基金项目的资助，在此一并感谢。

出好书是作者追求的目标，但由于水平所限，尽管做了很大努力，书中可能还会有若干不妥甚至错误，望广大读者给予批评指正。

《嵌入式系统设计实验教程》编写组2022年2月