前言
嵌入式系统在人工智能、无人驾驶、机器人、无人机、汽车电子、航空航天、海洋监测、智能监控、智慧健康等领域得到了广泛的应用。STM32作为Arm的一个典型系列，以其较高的性能和优越的性价比，毫无疑问地成为32位单片机市场的主流。把STM32 引入大学的培养体系，已经成为高校广大师生的普遍共识并被付诸实践。


32位微控制器时代已经到来。32位微控制器性能优越、功能强大但结构复杂，使很多嵌入式工程师望而却步。读者对一本好的嵌入式系统入门教材的需求越来越迫切。


意法半导体(ST)公司自推出Arm CortexM3内核的STM32F1系列微控制器之后，又推出 Arm CortexM4内核的STM32F4系列微控制器。STM32F1最高主频为72MHz， STM32F4最高主频为168MHz； STM32F4具有单精度浮点运算单元，STM32F1没有浮点运算单元； STM32F4具备增强的DSP指令集； STM32F4执行16位DSP指令的时间只有STM32F1的30%~70%,而执行32位DSP指令的时间只有STM32F1的25%~60%。



Arm CortexM4是采用哈佛结构、拥有独立指令总线和数据总线的32位处理器内核，指令总线和数据总线共享同一个存储器空间(一个统一的存储器系统)，为系统资源的分配和管理提供了很好的支持。

正因为如此，基于Arm CortexM4的STM32系列MCU以其高性能、低功耗、高可靠性和低价格的特点，逐渐成为高校师生与工程师学习和使用的主要MCU类型。

本书还讲述了嵌入式实时操作系统FreeRTOS。FreeRTOS是Richard Barry 于2003年发布的一款开源免费的嵌入式实时操作系统，其作为一个轻量级的实时操作系统内核，功能包括任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、软件定时器等，可基本满足较小系统的需要。


因此，本书以ST公司基于32位Arm内核的STM32F407为背景机型，介绍嵌入式系统原理与应用。由于STM32的网上资源非常丰富，因此便于读者学习参考。

本书的特点如下。

(1) 采用流行的STM32F407系列嵌入式微控制器讲述嵌入式系统原理与应用实例。

(2) 讲述应用广泛的嵌入式实时操作系统FreeRTOS。

(3) 内容精练、图文并茂、循序渐进、重点突出。

(4) 不讲述烦琐的STM32寄存器，重点讲述STM32的库函数。

(5) 以理论为基础，以应用为主导，章节内容前后安排逻辑性强、层次分明、易教易学。

(6) 结合国内主流硬件开发板(野火STM32开发板F407霸天虎)，书中给出了各个外设模块的硬件设计和软件设计实例，其代码采用STM32F4标准库函数编程，且在开发板上调试通过，并通过TFT LCD或串口调试助手查看调试结果，可以很好地锻炼学生的硬件理解能力和软件编程能力，起到举一反三的效果。

(7) 由于所选开发板的价格在500元左右，且可以在网上轻易买到，方便学校实验教学。


本书共13章。第1章对嵌入式系统进行概述，介绍嵌入式系统的组成、嵌入式系统的软件、
嵌入式系统的应用领域和嵌入式系统的体系； 第2章讲述
嵌入式处理器，包括Arm嵌入式处理器、存储器系统、嵌入式
处理器的分类和特点； 第3章讲述STM32系列微控制器，
包括STM32微控制器
概述、STM32F407ZGT6概述及芯片内部结构、STM32F407VGT6芯片引脚和功能
以及STM32F407VGT6最小系统设计； 第4章讲述嵌入式开发环境的搭建，包括Keil MDK安装配置、Keil MDK
新工程的创建、JScope安装、JScope调试方法、CortexM4 微控制器软件接口标准(CMSIS)、STM32F407开发板的选择和STM32仿真器的选择； 第5章讲述
STM32 GPIO，包括STM32 GPIO接口概述、
STM32 
GPIO功能、STM32的GPIO常用库函数、
STM32的
GPIO使用流程、STM32 GPIO输出应用实例和STM32 GPIO输入应用实例； 第6章讲述
STM32中断，包括中断概述、STM32F4中断系统、STM32F4外部中断/事件控制器
STM32F4中断系统库函数、STM32F4外部中断设计流程、STM32F4外部中断设计实例； 第7章讲述
STM32定时器，包括STM32定时器概述、基本定时器、通用定时器、STM32定时器库函数和STM32定时器应用实例； 第8章讲述
STM32 通用同步/异步收发器，包括串行通信基础、STM32的USART工作原理、STM32的USART 库函数和STM32 USART串行通信应用实例； 第9章讲述STM32 SPI串行总线，包括STM32的SPI通信原理、STM32F407 SPI串行总线的工作原理、STM32的SPI库函数和STM32的SPI应用实例； 第10章讲述
STM32 I2C串行总线，包括STM32 I2C串行总线的通信原理、STM32 I2C串行总线接口、STM32F4的I2C库函数和STM32 I2C应用实例； 第11章讲述
STM32模数转换器，包括模拟量输入通道、模拟量输入信号类型与量程自动转换、STM32F407微控制器的ADC结构、STM32F407微控制器的ADC功能、STM32的ADC库函数和STM32 ADC应用实例； 第12章讲述STM32 DMA控制器，包括STM32 DMA的基本概念、DMA的结构和主要特征、DMA的功能描述、STM32的DMA库函数和STM32 DMA应用实例； 第13章讲述
嵌入式实时操作系统FreeRTOS，包括FreeRTOS系统概述、FreeRTOS的源代码和相应官方手册获取、FreeRTOS 系统移植、FreeRTOS的文件组成、FreeRTOS的编码规则及配置和功能裁剪、FreeRTOS的任务管理、进程间通信与消息队列、信号量
和互斥量、事件组、软件定时器和FreeRTOS任务管理应用实例。


本书结合编者多年的科研和教学经验，遵循“循序渐进，理论与实践并重，共性与个性兼顾”的原则，将理论实践一体化的教学方式融入其中。书中的实例均进行了调试，开发过程用到的是目前使用最广的“野火STM32开发板F407霸天虎”
。读者也可以结合实际或手里现有的开发板开展实验，均能获得实验结果。


本书数字资源丰富，配有电子课件、程序代码、教学大纲、习题答案、试卷及答案等电子配套资源。


对本书中所引用的参考文献的作者，在此一并向他们表示真诚的感谢。由于编者水平有限，加上时间仓促，书中难免存在
不妥之处，敬请广大读者不吝指正。




编者2024年12月