[正版]STM32Cube高效开发教程 高级篇 STM开发技术 单片机应用 ARM STM嵌入式系统设计开发教程参考书

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本书介绍 STM32 开发的*些*级内容。第**分详细介绍嵌入式操作系统 FreeRTOS 的使用；第二*分介绍使用 FatFS 管理 SPI-Flash 芯片、SD 卡和 U 盘上的文件系统；第三*分介绍 BMP 和 JPG 图片的获取与显示，触摸屏的使用，DCMI 接口和数字摄像头等。*书使用 STM32CubeMX 和 STM32CubeIDE软件开发例程，讲解 FreeRTOS、FatFS、LibJPEG、USB_Host、USB_Device 等中间件以及 SDIO、USB-OTG、 DCMI 等外设的原理和使用方法，并针对*个 STM32F407 开发板编写了完整示例项目。通过阅读本书，读者可以掌握 STM32 开发中的嵌入式操作系统、文件系统、触摸屏等*级软硬件的开发方法。 本书适合已经掌握 STM32CubeMX 和 STM32CubeIDE 软件的使用以及 STM32 常用外设的 STM32Cube开发等相关基础内容的读者阅读，可以作为*等院校电子、自动化、计算机类*业的教学用书，也可作为STM32 嵌入式系统开发的参考书。

第 **分　嵌入式操作系统FreeRTOS
第 *章　FreeRTOS基础 2
*.*　FreeRTOS概述 2
*.*.*　FreeRTOS的发展历史 2
*.*.2　FreeRTOS的*点和许可方式 2
*.*.3　FreeRTOS的*些概念和术语 3
*.*.4　为什么要使用RTOS 4
*.2　FreeRTOS入门示例 4
*.2.*　CubeMX项目配置 5
*.2.2　含FreeRTOS的项目的文件组成 8
*.2.3　程序分析和功能实现 9
*.3　FreeRTOS的文件组成和基本原理 *5
*.3.*　FreeRTOS的文件组成 *5
*.3.2　FreeRTOS的编码规则 20
*.3.3　FreeRTOS的配置和功能裁剪 2*
第 2章　FreeRTOS的任务管理 29
2.*　任务相关的*些概念 29
2.*.*　多任务运行基本机制 29
2.*.2　任务的状态 30
2.*.3　任务的*先级 3*
2.*.4　空闲任务 32
2.*.5　基础时钟与嘀嗒信号 32
2.2　FreeRTOS的任务调度 32
2.2.*　任务调度方法概述 32
2.2.2　使用时间片的*占式调度方法 33
2.2.3　*使用时间片的*占式调度方法 34
2.2.4　合作式任务调度方法 35
2.3　任务管理相关函数 36
2.3.*　相关函数概述 36
2.3.2　主要函数功能说明 38
2.4　多任务编程示例* 40
2.4.*　示例功能与CubeMX项目设置 40
2.4.2　初始程序分析 42
2.4.3　编写用户功能代码 44
2.5　任务管理工具函数 49
2.5.*　相关函数概述 49
2.5.2　获取任务句柄 50
2.5.3　单个任务的操作 5*
2.5.4　内核信息统计 53
2.6　多任务编程示例二 55
2.6.*　示例功能与CubeMX项目设置 55
2.6.2　程序功能实现 56
第3章　FreeRTOS的中断管理 62
3.*　FreeRTOS与中断 62
3.2　任务与中断服务例程 64
3.2.*　任务与中断服务例程的关系 64
3.2.2　中断屏蔽和临界代码段 65
3.2.3　在ISR中使用FreeRTOS API函数 66
3.2.4　中断及其ISR设计原则 67
3.3　任务和中断程序设计示例 67
3.3.*　示例功能和CubeMX项目设置 67
3.3.2　基本功能代码 69
3.3.3　各种*性的测试 7*
第4章　进程间通信与消息队列 74
4.*　进程间通信 74
4.2　队列的*点和基本操作 75
4.2.*　队列的*建和存储 75
4.2.2　向队列写入数据 76
4.2.3　从队列读取数据 77
4.2.4　队列操作相关函数 78
4.3　队列使用示例 79
4.3.*　示例功能和CubeMX项目设置 79
4.3.2　初始代码分析 80
4.3.3　实现用户功能 82
第5章　信号量 86
5.*　信号量和互斥量概述 86
5.*.*　二值信号量 86
5.*.2　计数信号量 87
5.*.3　互斥量 87
5.*.4　递归互斥量 88
5.*.5　相关函数概述 88
5.2　二值信号量使用示例 90
5.2.*　二值信号量操作相关函数详解 90
5.2.2　示例功能和CubeMX项目设置 92
5.2.3　程序功能实现 94
5.3　计数信号量使用示例 98
5.3.*　计数信号量操作相关函数详解 98
5.3.2　示例功能和CubeMX项目设置 99
5.3.3　程序功能实现 *00
第6章　互斥量 *04
6.*　*先级翻转问题 *04
6.2　互斥量的工作原理 *05
6.2.*　*先级继承 *05
6.2.2　互斥量相关函数详解 *05
6.3　*先级翻转示例 *06
6.3.*　示例功能和CubeMX项目设置 *06
6.3.2　程序功能实现 *07
6.4　互斥量使用示例 ***
6.4.*　示例功能和CubeMX项目设置 ***
6.4.2　程序功能实现 ***
第7章　事件组 **5
7.*　事件组的原理和功能 **5
7.*.*　事件组的功能*点 **5
7.*.2　事件组的工作原理 **5
7.2　事件组相关函数 **6
7.2.*　相关函数概述 **6
7.2.2　*分函数详解 **7
7.3　事件组使用示例 *20
7.3.*　示例功能和CubeMX项目设置 *20
7.3.2　程序功能实现 *20
7.4　通过事件组进行多任务同步 *25
7.4.*　多任务同步原理 *25
7.4.2　示例功能和CubeMX项目设置 *26
7.4.3　程序功能实现 *27
第8章　任务通知 *32
8.*　任务通知的原理和功能 *32
8.2　任务通知的相关函数 *33
8.2.*　相关函数概述 *33
8.2.2　函数详解 *34
8.3　示例*：使用任务通知传递数据 *37
8.3.*　示例功能与CubeMX项目设置 *37
8.3.2　程序功能实现 *38
8.4　示例二：将任务通知用作计数信号量 *4*
8.4.*　示例功能 *4*
8.4.2　CubeMX项目设置 *4*
8.4.3　程序功能实现 *42
第9章　流缓冲区和消息缓冲区 *45
9.*　流缓冲区功能概述 *45
9.2　流缓冲区操作的相关函数 *46
9.2.*　相关函数概述 *46
9.2.2　*分函数详解 *46
9.2.3　表示发送完成和接收完成的宏 *49
9.3　流缓冲区使用示例 *49
9.3.*　示例功能与CubeMX项目设置 *49
9.3.2　程序功能实现 *5*
9.4　消息缓冲区功能概述 *54
9.5　消息缓冲区操作相关函数 *54
9.5.*　相关函数概述 *54
9.5.2　*分函数详解 *55
9.6　消息缓冲区使用示例 *57
9.6.*　示例功能与CubeMX项目设置 *57
9.6.2　程序功能实现 *58
第 *0章　软件定时器 *62
*0.*　软件定时器概述 *62
*0.*.*　软件定时器的*性 *62
*0.*.2　软件定时器的相关配置 *63
*0.*.3　定时器服务任务的*先级 *63
*0.2　软件定时器的相关函数 *64
*0.2.*　相关函数概述 *64
*0.2.2　*分函数详解 *65
*0.3　软件定时器使用示例 *69
*0.3.*　示例功能和CubeMX项目设置 *69
*0.3.2　程序功能实现 *70
第 **章　空闲任务与低功耗 *74
**.*　HAL和FreeRTOS的基础时钟 *74
**.*.*　使用SysTick作为HAL的基础时钟 *74
**.*.2　使用其他定时器作为HAL的基础时钟 *77
**.*.3　FreeRTOS的基础时钟 *79
**.2　空闲任务与低功耗处理 *82
**.2.*　实现原理 *82
**.2.2　设计示例 *83
**.3　Tickless低功耗模式 *86
**.3.*　Tickless模式的原理和功能 *86
**.3.2　Tickless模式的使用示例 *87
第二*分　FatFS管理文件系统
第 *2章　FatFS和文件系统 *92
*2.*　FatFS概述 *92
*2.*.*　FatFS的作用 *92
*2.*.2　文件系统的*些基本概念 *93
*2.*.3　FatFS的功能*点和参数 *94
*2.*.4　FatFS的文件组成 *95
*2.*.5　FatFS的基本数据类型定义 *96
*2.2　FatFS的应用程序接口函数 *97
*2.2.*　卷管理和系统配置相关函数 *97
*2.2.2　文件和目录管理相关函数 200
*2.2.3　目录访问相关函数 203
*2.2.4　文件访问相关函数 204
*2.3　FatFS的存储介质访问函数 208
*2.4　针对SPI-Flash芯片移植FatFS 209
*2.4.*　SPI-Flash芯片硬件电路 209
*2.4.2　CubeMX项目基础设置 2*0
*2.4.3　在CubeMX中设置FatFS 2*0
*2.4.4　项目中FatFS的文件组成 2*6
*2.4.5　FatFS初始化过程 2*8
*2.4.6　针对SPI-Flash芯片的Disk IO函数实现 226
*2.5　在SPI-Flash芯片上使用文件系统 23*
*2.5.*　主程序功能 23*
*2.5.2　磁盘格式化 234
*2.5.3　获取FAT磁盘信息 234
*2.5.4　扫描根目录下的文件和子目录 236
*2.5.5　*建文件和目录 237
*2.5.6　读取文本文件 239
*2.5.7　读取二进制文件 239
*2.5.8　获取文件信息 24*
*2.5.9　文件file_opera.h的完整定义 242
第 *3章　直接访问SD卡 245
*3.*　SD卡简介 245
*3.*.*　SD卡的分类 245
*3.*.2　常规SD卡的接口 246
*3.2　SDIO接口硬件电路 247
*3.2.*　STM32F407的SDIO接口 247
*3.2.2　开发板上的microSD卡连接电路 248
*3.3　SDIO接口和SD卡的HAL驱动程序 249
*3.3.*　SD驱动程序概述 250
*3.3.2　初始化和配置函数 25*
*3.3.3　读取SD卡的参数信息 25*
*3.3.4　获取SD卡的当前状态 255
*3.3.5　以轮询方式读写SD卡 255
*3.3.6　以中断方式读写SD卡 256
*3.3.7　以DMA方式读写SD卡 256
*3.4　示例*：以轮询方式读写SD卡 257
*3.4.*　示例功能与CubeMX项目设置 257
*3.4.2　主程序与SDIO接口/SD卡初始化 259
*3.4.3　程序功能实现 260
*3.5　示例二：以DMA方式读写SD卡 264
*3.5.*　示例功能与CubeMX项目设置 264
*3.5.2　主程序与外设初始化 265
*3.5.3　程序功能实现 268
第 *4章　用FatFS管理SD卡文件系统 272
*4.*　SD卡文件系统概述 272
*4.2　示例*：阻塞式访问SD卡 272
*4.2.*　示例功能与CubeMX项目设置 272
*4.2.2　项目文件组成和初始代码分析 274
*4.2.3　SD卡的Disk IO函数实现 278
*4.2.4　SD卡文件管理功能的实现 284
*4.3　示例二：以DMA方式访问SD卡 288
*4.3.*　示例功能和CubeMX项目设置 288
*4.3.2　Disk IO函数实现代码分析 289
*4.3.3　SD卡文件管理功能的实现 29*
第 *5章　用FatFS管理U盘文件系统 295
*5.*　USB概述 295
*5.*.*　USB协议 295
*5.*.2　USB设备类型 296
*5.*.3　USB接口类型 296
*5.2　STM32F407的USB-OTG接口 298
*5.2.*　USB-OTG概述 298
*5.2.2　USB-OTG FS 299
*5.2.3　开发板上的USB接口电路 302
*5.3　作为USB Host读写U盘 303
*5.3.*　示例功能和CubeMX项目设置 303
*5.3.2　项目文件组成和初始代码分析 307
*5.3.3　USBH状态变化测试 3*6
*5.3.4　U盘文件管理功能实现 3*8
第 *6章　USB-OTG用作USB MSC外设 324
*6.*　开发板作为USB MSC外设的原理 324
*6.2　示例*：SD卡读卡器 326
*6.2.*　示例功能和CubeMX项目设置 326
*6.2.2　项目文件组成和初始代码分析 328
*6.2.3　程序功能实现 333
*6.3　示例二：增加FatFS管理本机文件功能 336
*6.3.*　示例功能和CubeMX项目设置 336
*6.3.2　程序功能实现 337
*6.3.3　运行测试 340
第 *7章　在FreeRTOS中使用FatFS 34*
*7.*　在RTOS中使用FatFS需考虑的问题 34*
*7.*.*　可重入性问题 34*
*7.*.2　FatFS的可重入性 34*
*7.2　FreeRTOS中使用FatFS的示例 343
*7.2.*　示例功能和CubeMX项目设置 343
*7.2.2　项目文件组成和初始代码分析 346
*7.2.3　FatFS API函数的重入性实现原理 350
*7.2.4　添加用户功能代码 354
第三*分　图片的获取与显示
第 *8章　BMP图片 360
*8.*　LCD显示图片的原理 360
*8.*.*　像素颜色的表示 360
*8.*.2　根据图片的RGB565数据显示图片 360
*8.2　图片显示示例 362
*8.2.*　示例功能与CubeMX项目配置 362
*8.2.2　程序功能实现 363
*8.3　BMP图片文件的格式 368
*8.3.*　BMP图片文件的数据分段 368
*8.3.2　位图文件头 368
*8.3.3　位图信息头 369
*8.3.4　位图数据 370
*8.4　BMP图片文件的读写操作示例 370
*8.4.*　示例功能和CubeMX项目设置 370
*8.4.2　程序功能实现 372
*8.4.3　BMP文件操作驱动程序 377
第 *9章　JPG图片 387
*9.*　JPEG和LIBJPEG 387
*9.2　JPG图片文件的读写操作示例 388
*9.2.*　示例功能和CubeMX项目设置 388
*9.2.2　程序功能实现 389
*9.2.3　JPG文件操作驱动程序 395
第 20章　电阻式触摸屏 405
20.*　电阻式触摸屏的工作原理 405
20.2　电阻式触摸屏的软硬件接口 406
20.3　示例*：轮询方式检测触摸屏输出 407
20.3.*　示例功能 407
20.3.2　CubeMX项目设置 407
20.3.3　主程序功能实现 409
20.3.4　GUI界面的*建与交互操作 4*3
20.3.5　电阻式触摸屏驱动程序 420
20.4　示例二：中断方式获取触摸屏输出 426
20.4.*　示例功能和CubeMX项目设置 426
20.4.2　程序功能实现 427
第 2*章　电容式触摸屏 43*
2*.*　电容式触摸屏的工作原理 43*
2*.2　电容式触摸屏的软硬件接口 43*
2*.2.*　电容式触摸屏接口 43*
2*.2.2　电容式触摸屏控制芯片功能 433
2*.3　电容触摸屏的使用示例 437
2*.3.*　示例功能和CubeMX项目设置 437
2*.3.2　程序功能实现 438
2*.3.3　电容触摸屏驱动程序 443
第 22章　DCMI接口和数字摄像头 455
22.*　数字摄像头 455
22.*.*　数字摄像头概述 455
22.*.2　OV7670图像传感器的功能和接口 456
22.*.3　OV7670数据输出时序和格式 457
22.*.4　SCCB通信 458
22.*.5　OV7670的寄存器 460
22.2　DCMI接口 46*
22.2.*　DCMI接口概述 46*
22.2.2　DCMI接口传输时序 462
22.2.3　DCMI数据存储格式 463
22.2.4　DCMI图像采集方式 464
22.2.5　DCMI的中断 465
22.3　DCMI的HAL驱动 465
22.3.*　主要驱动函数概述 465
22.3.2　DCMI接口初始化 466
22.3.3　DCMI的采集控制 467
22.4　DCMI和摄像头使用示例 467
22.4.*　摄像头模块 467
22.4.2　开发板与摄像头模块的连接 468
22.4.3　示例功能与CubeMX项目设置 470
22.4.4　程序功能实现 474
附录A　CubeMX模板项目和公共驱动程序的使用 487
A.*　公共驱动程序的目录组成 487
A.2　CubeMX模板项目 488
A.3　新建CubeMX项目后导入模板项目的配置 488
A.4　复制模板项目以新建CubeMX项目 490
A.5　在CubeIDE中设置驱动程序搜索路径 490
附录B　复制*个项目 493
附录C　开发板功能模块 494
附录D　本书示例列表 498
附录E　缩略词 50*
参考文献 503

*维波，博士、中*石油大学（华东）控制科学与工程学院教师。从事测控与仪器开发*域的教学和研究工作，主要研究方向是地球物理探测仪器开发、数据处理方法和软件开发。参与完成*家自然科学基金、山东省重点研发计划等多个科研项目，发表论文 20 余篇。著有《Qt 5.9 C++ 开发指南》和《Python Qt GUI 与数据可视化编程》。 鄢志丹，博士、中*石油大学（华东）控制科学与工程学院教师。从事随钻测控技术、自抗扰控制方法、井下仪器开发、微弱信号处理等方面的研究工作。主持*家自然科学基金、中*博士后科学基金、山东省自然科学基金等 *0 余个科研项目，获授权发明*利 *0 余项，发表论文 30 余篇。 *钊，博士、中*石油大学（华东）控制科学与工程学院教师。从事自动化相关的教学和研究工作，主要研究方向是非线性系统的非光滑控制研究、故障诊断、工业过程控制等。主持山东省*秀中青年*科研奖励基金项目 * 项，发表论文 20 余篇，作为副主编编写教材* *。

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