STM32高等学校电子信息类专业系列教材《微处理器系统原理与应用设计》隆重出版！

《微处理器系统原理与应用设计》为：

• ST-西电教育部产学协同育人项目成果

• 嵌入式系统设计工程技术人员能力认证指定教材

• 高等学校电子信息类专业系列教材

笔者自 2009 年起承担“微机原理与系统设计”(简称“微原”)课程的教学，发现课程教学部分内容已不适应现代企业的需求，所介绍的经典微处理器 8086 虽然非常适合用来讲解原理，但是没有真实平台能够演示，使学生不能在实际应用中感受和领会微机原理的奥妙。

随着 ARM 系列微处理器的快速发展，基于 ARM 的微控制器纷纷登场，不仅占领了大多数消费电子市场，在工业控制和专用领域也得到了广泛应用，特别是物联网时代的到来，使得嵌入式系统成为当代产业的“宠儿”。

作为课程负责人，笔者深知讲授 8086 与产业需求差别太大，现在的研发项目都在使用 ARM 平台，而 8086 仅仅是为了满足课程需要，因此采用ARM处理器代替8086来讲解微机原理势在必行。

使用 ARM 处理器时面临两种选择：基于 ARM7 内核或 Cortex-M3（简写为CM3）内核的处理器。如何做出选择呢？在构思本书时，尽管 ARM7 的资料非常完善，按理说应该是最佳选择，但考虑到 CM3 是 ARM 公司的新产品，将来必定被广泛应用，且 CM3 的生态会更好；而 ARM7 只是一款当时流行的处理器，不久将会退出历史舞台。另外，CM3 的构架和指令操作相对简单易学，特别是存储访问和中断处理与 8086 相似；而 ARM7 的异常处理操作复杂且存储访问需要考虑字对齐，对于初学者有一定难度。经过对比斟酌，笔者最终选择了 CM3。

随着教学改革和专业认证等工作的推进，课程体系及内容都发生了变化。目前，“微机原理”课程分为两部分：一部分是“微处理器系统原理与应用”课程，主要包括CM系列处理器组成、汇编程序设计、系统组成结构和外设应用等内容；另一部分是“数字电路和逻辑设计”课程，包括总线和存储系统电路等内容以及采用数字电路实现简易微控器设计。

近两年，意法半导体公司中国大学计划发起了嵌入式技术专业培养与认证活动。通过调研发现，虽然用微处理器的人很多，但能够用好的人并不多，主要是对微处理器的原理掌握不深入，不能将原理与实际紧密融合，特别是对 C 语言与微处理器操作之间的关系不清楚。大家希望有一本将原理与应用相结合所编写的教材，让初学者掌握原理且能够利用原理来理解程序。笔者有幸得到了意法半导体公司中国大学计划资助的教育部产学协同育人项目的支持，从而有机会完成本书，了却十多年的愿望，也是对多年来课程教学改革的总结。

微机原理的重点是指令，它是连接软件和硬件的桥梁。用指令编写程序的实质是用户通过控制微处理器进行各种硬件操作。要编好程序，就要用好指令；要用好指令，则必须理解微处理器的构架及运行机制。基于指令的汇编程序开发在时间效率和易读性方面的表现比 C 语言差，因此利用 C 语言编写指令更便于理解硬件操作的过程。清楚了 C 语言的执行过程后，一方面可以灵活运用语句提高处理器的执行效率；另一方面可以从处理器执行过程中发现软件设计与执行的错误或不足，加快软件调试进程。

总而言之，“代码在手中，运行在心中”。也就是说，当我看到C程序时，就能够在脑海里浮现出处理器及系统各单元在相互协作、数据流在各单元中流出流入的宏观场面。

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本书分为七章，各章安排如下：

第一章：从数字信息处理角度引入微处理器系统，同时给出微处理器所用的数制表示和二进制运算的基本规则，并介绍了微处理器及系统的发展史。

第二章：从信息处理系统设计的角度，按照运算器、寄存器、控制器、指令产生与编码、指令读取与译码的顺序渐入式勾勒出微处理器架构和操作机制，最终给出常规微处理器的完整架构。通过分析目前流行的 Cortex-M4 处理器的内核结构、存储系统和异常处理机制，可使读者对微处理器构造和指令运行机制有深入的认识，以便后面更好地理解和应用指令。

第三章：介绍了与指令及其操作相关的概念和流程，并从数据传输、数据运算、流程控制和异常处理这四个方面介绍微处理器最为通用的指令；利用图表结合的方法分析了处理器的具体操作方法，使读者能够“见指令明操作，想操作知指令”；还介绍了常用的数字信号处理指令，便于从事信号处理和数据通信工作的读者进行程序设计。

第四章：介绍了程序设计的基本方法，包括常规的变量定义、赋值、运算、分支跳转、调用等操作，同时对程序设计流程、异常处理编程和混合编程等内容进行了详细描述。大部分内容采用汇编语言和 C 语言两种方式对照描述，这样可以有效帮助读者建立C语句与微处理器操作之间的联系，让读者明白语句执行的原理和过程，能够从微处理器结构角度来理解软件的执行。

第五章：介绍了片上微处理器系统的基本构架和系统原理、Cortex-M4 处理器的基本组成和关键部件、STM32F401 的基本组成和典型外设原理、最为常用的中断系统结构与应用开发，使读者能够掌握微处理器系统的典型构架和组成以及典型外设的工作原理。

第六章：介绍了外设操作，即如何通过对外设接口中的寄存器进行读写来实现操作控制、状态读取、参数配置、数据收发，并穿插介绍了轮询和中断的应用；以 STM32F401 为平台，介绍了时钟管理、GPIO、EXTI、定时器、USART、DMAC、ADC 等常规外设的配置及应用设计。

第七章：介绍了如何根据需求来设计和开发一个简易的典型微控制系统，对电路设计、设备驱动开发、功能调试以及模拟仿真等关键环节进行了详细描述，使读者能够掌握微处理器系统的设计开发方法、微控制系统的常规电路设计、驱动软件设计的基本框架、硬件调试与集成等。

由于学习本书需要C语言基础，因此本书在附录中介绍了C语言程序设计入门。

信息处理

系统结构

本书全面介绍微处理器系统的工作原理与应用设计的基本方法。全书分为七章，包括数字处理系统概述、微处理器、汇编指令、程序设计、片上微处理器系统、常规外设应用设计、典型微控制系统设计开发等内容。本书主要从微处理器结构出发介绍汇编指令，从汇编指令出发介绍C程序设计，旨在让读者深入理解微处理器的工作原理并掌握程序设计的精要，通过外设驱动程序设计和最小系统设计提高实际设计与调试能力。

本书可作为高等学校电子信息类专业“微机原理”和“嵌入式系统程序设计”等课程的教材或教学参考书，亦可供其他专业师生及相关工程技术人员参考学习。

嵌入式微处理器

依托 STM32 生态系统，构建全框架嵌入式人才培养体系

✦ 西安电子科技大学的陈彦辉、冯磊、康瑾三位老师在与意法半导体共同推动中国嵌入式人才培养宏大计划中起到关键作用。陈彦辉老师及其团队深度参与中国电子学会的发布《嵌入式系统设计工程技术人员职业技术技能标准》，并为嵌入式人才认证项目提供视频课程。此次出版新书是该视频课程的配套书籍。 

✦ 意法半导体自2018年以来积极参与教育部 “产学合作，协同育人” 项目，并荣获“2019年教育部产学合作协同育人项目优秀合作伙伴”称号。通过ST中国大学计划、ST中国教育计划、与大学共建实验室、举办师资培训、联合行业学会制定和组织实施嵌入式人才标准认证等各种方式，依托STM32生态系统，构建全框架嵌入式人才培养系统，助力中国电子业人才的教育培养。

ST中国大学计划包括五个部分：

• 精品课程（截至2021年底共计开设了70多门课程，惠及40,000多名学生）

• 师资培训（自2017年至今共18场，覆盖了340余所高校的740+位教师）

• 大学生竞赛（自2010年以来累计有超过40,000名选手使用STM32 MCU进行方案开发、设计）

• 创新基地（自2006年来共建立了120多个联合实验室）

• 人才认证（2021年与中国电子学会合作，启动嵌入式专业人才培训）

“师资培训”项目 (Teacher Training Teacher, 简称“TTT”) 是 ST 目前在中国的教师体系培训的主要举措之一。该项目已运营超过 4 年，累计举办 18 场，吸引了来自 340 多所大学、740 位教师参加培训。在此之前，ST 已经与许多编写核心培训材料的教授进行了长时间的合作。例如，苏州大学王宜怀老师、电子科技大学的漆强老师，以及西安电子科技大学的陈彦辉老师等。

为中国物联网领域井喷式发展培养嵌入式专业技术人才，同时推动各应用领域的技术融 合，助力产学研不同领域中人才的能力衔接与贯通，对电子应用人才培养提出新需求， 系统化、标准化的能力测评认证服务将是专业技术人才培养的刚需。

意法半导体(ST)、深圳广和通(Fibocom)、上海睿赛德(RTT)共同发起嵌入式人才培养计划，并与中国电子学会达成嵌入式专业技术人才战略合作，不仅将为中国高校引入产业界的前沿技术，还将为中国的物联网产业发展做好技术人才储备。

2022年2月9日，中国电子学会正式发布《嵌入式系统设计工程技术人员职业技术技能标准》，并自颁布之日起施行。

《标准》按照《国家职业技术技能标准编制技术规程》有关要求，坚持“以职业活动为导向、以专业能力为核心”的指导思想，在充分考虑科技进步、社会经济发展和产业结构变化对嵌入式系统设计工程技术人员专业要求的基础上，以客观反映嵌入式系统设计工程技术发展水平及其对从业人员的专业能力要求为目标，对嵌入式系统设计工程技术从业人员的专业活动内容进行了规范细致描述，明确了各等级专业人员的工作领域、工作内容以及知识、专业能力和实践要求。

通过视频课程 + 师资培训+人才认证标准+教材，ST将与中国嵌入式领域的各方合作伙伴共同努力，打造一套嵌入式系统教学和学生能力认证的完整体系，为培养中国嵌入式领域专业人才贡献一己之力！