做嵌入式這些年我上手過不少廠商的微控制器。如果讓我給剛?cè)胄械呐笥淹扑]一款既能用來打基礎(chǔ)、又能真正干活的芯片TITexas Instruments的TM4C系列絕對排得上前三。這顆基于ARM Cortex-M4F內(nèi)核的微控制器在高校單片機(jī)課程、電子設(shè)計競賽、工業(yè)控制和電機(jī)驅(qū)動項目里出鏡率極高。這篇文章我就以TM4C微控制器為主線從芯片定位、開發(fā)環(huán)境、底層原理到點燈、串口、定時器和ADC的具體實操完整過一遍我自己的入門經(jīng)驗。1. TM4C入門先搞清楚這顆芯片到底是什么1.1 系列定位與核心架構(gòu)TM4C是TI Tiva C系列微控制器的核心系列。名字里“Tiva”是產(chǎn)品線標(biāo)識C代表Cortex-M內(nèi)核。它和更早的Stellaris LM3S系列有很深的血緣關(guān)系很多外設(shè)寄存器的設(shè)計思路一脈相承。如果你用過LM3S再來看TM4C會相當(dāng)親切如果你完全沒接觸過TI的MCU也沒關(guān)系TM4C本身就是一個非常適合從頭理解微控制器工作的平臺。TM4C系列有幾個很硬核的特征內(nèi)核是ARM Cortex-M4F也就是帶硬件浮點單元FPU的Cortex-M4。主頻常見的是80MHz部分型號比如TM4C129x可以跑到120MHz。浮點單元意味著做PID控制、FFT、卡爾曼濾波時可以直接用float計算不用靠軟件浮點庫慢慢磨。內(nèi)置Flash和SRAM的容量挺大方。以TM4C1294NCPDT為例有1MB Flash和256KB SRAM中小型項目基本不用考慮外擴(kuò)存儲這對剛上手的人來說省了很多事。外設(shè)相當(dāng)齊全12位ADC、PWM、定時器、UART、SPI、I2C、USB、CAN、以太網(wǎng)MAC加PHY不同型號組合不同?；旧夏愦髮W(xué)四年、競賽兩年用到的外設(shè)這塊芯片都有。芯片ROM里預(yù)燒錄了TivaWare庫的全部函數(shù)調(diào)用庫函數(shù)可以完全不占Flash空間。這個設(shè)計非常有意思后面我單獨(dú)講。板載ICDI調(diào)試接口LaunchPad評估板上一根USB線就能供電、下載、調(diào)試不需要額外買調(diào)試器。對于學(xué)習(xí)來說Cortex-M4F是ARM生態(tài)里一個非常舒服的檔位比M0/M0功能全有浮點有DSP指令又不至于像M7或A系列那樣復(fù)雜到勸退。TM4C的寄存器設(shè)計比STM32“原始”一些但恰恰因為原始反而更容易理解微控制器的本質(zhì)——你看到的每一個操作幾乎都能在芯片手冊里找到對應(yīng)的寄存器位沒有太多隱藏的魔法。1.2 常見型號怎么選很多朋友第一次接觸TM4C會糾結(jié)買哪塊板子、選哪個型號。我的建議是如果只買一塊直接買TM4C123GXL LaunchPad也就是EK-TM4C123GXL。這塊板子便宜、資料多、教程多社區(qū)里隨便一搜就是幾千個案例非常適合起步。我整理了一個常見型號對比表方便你按項目需求選型號內(nèi)核/主頻Flash / SRAM特色外設(shè)典型用途TM4C123GH6PMCortex-M4F 80MHz256KB / 32KBUSB 2.0、CAN、PWM、ADC學(xué)習(xí)入門、電子競賽、中小型控制TM4C123GXLLaunchPad同上同上板載ICDI調(diào)試器、RGB LED、按鍵入門首選評估板TM4C1294NCPDTCortex-M4F 120MHz1MB / 256KB以太網(wǎng)、USB、CAN、QEI物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、復(fù)雜控制TM4C129XNCZADCortex-M4F 120MHz1MB / 256KB外設(shè)更全、BGA封裝工業(yè)控制、復(fù)雜原型驗證這里面有個小細(xì)節(jié)TM4C123GH6PM和TM4C123GXL用的其實是同一顆芯片只是LaunchPad板子上已經(jīng)幫你把最小系統(tǒng)、調(diào)試器和幾個常用外設(shè)都做好了。如果你打算自己畫PCB可以買裸芯片或核心板如果主要目的是學(xué)習(xí)和快速驗證LaunchPad省心太多。1.3 它到底能干些什么說幾個TM4C最常見的落地場景電子設(shè)計競賽的控制題。電機(jī)驅(qū)動用PWM加QEI編碼器接口傳感器采集用ADC和I2C數(shù)據(jù)顯示可以用SPI屏或UART傳到上位機(jī)這套組合幾乎能覆蓋大多數(shù)控制類題目。學(xué)習(xí)ARM體系結(jié)構(gòu)和嵌入式裸機(jī)編程。TI的Datasheet和TRMTechnical Reference Manual寫得非常詳細(xì)寄存器描述比很多MCU清楚適合認(rèn)真讀手冊的人。工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。TM4C129x帶以太網(wǎng)和CAN適合做工業(yè)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集終端入門到進(jìn)階的空間很大。機(jī)器人小車、飛控、平衡車等DIY項目。這些項目天然需要PWM、定時器中斷、姿態(tài)解算TM4C的浮點運(yùn)算能力剛好夠用。如果你只是想學(xué)“單片機(jī)編程”本身TM4C可能不是最流行的選擇但它絕對是最能讓你看清底層原理的選擇之一。2. 開發(fā)環(huán)境搭建與工具鏈選型2.1 硬件準(zhǔn)備別踩坑硬件方面我建議入手EK-TM4C123GXL LaunchPad。這塊板子自帶ICDI調(diào)試器板上還集成了RGB LED、兩個按鍵、一個溫度傳感器還有一個可用于USB Device測試的micro USB口。你只需要一根USB線連電腦驅(qū)動裝好就能開始寫代碼。如果你以后做項目要自己畫板需要注意幾個硬件細(xì)節(jié)TM4C123的GPIO耐壓是5V兼容的但很多外設(shè)模塊不是。接外部傳感器時最好先確認(rèn)電平邏輯別直接把12V或24V信號懟到引腳上。電源設(shè)計上LaunchPad可以通過USB供電也可以從板上5V引腳輸入。自己畫板時LDO選型要注意壓差和紋波TM4C的模擬部分對電源質(zhì)量比較敏感。復(fù)位電路和晶振電路要按手冊推薦畫。TM4C123外部晶振推薦16MHz但如果你不用PLL直接用內(nèi)部16MHz PIOSC也能跑只是精度一般。如果想做以太網(wǎng)相關(guān)項目可以買帶以太網(wǎng)的TM4C129x LaunchPad或者直接上DK-TM4C129X開發(fā)套件。后者接口更全適合做評估原型。2.2 開發(fā)工具怎么選TM4C支持的開發(fā)工具非常多這是TI生態(tài)的一個優(yōu)點。我整理一下主流選擇CCSCode Composer Studio是TI官方IDE基于Eclipse內(nèi)置TI編譯器、調(diào)試器、圖形化外設(shè)配置工具。優(yōu)點是和TI芯片無縫配合缺點是IDE比較重啟動慢。Keil MDK國內(nèi)單片機(jī)圈子用得非常廣泛ARMCC編譯器優(yōu)化好調(diào)試體驗流暢。TM4C的器件支持包DFP直接可以在Keil的Pack Installer里裝非常方便。IAR工業(yè)界口碑很好代碼密度高調(diào)試能力強(qiáng)但收費(fèi)適合做商業(yè)項目的團(tuán)隊。GCC加VS Code加OpenOCD開源路線可以在VS Code里寫代碼、用CMake管理工程、用OpenOCD調(diào)用ICDI調(diào)試。適合已經(jīng)有一定基礎(chǔ)、想脫離IDE束縛的人。我的個人建議如果你是新手不要糾結(jié)工具鏈直接裝Keil MDK或者CCS二選一就行。環(huán)境越復(fù)雜越容易把人勸退。等你把TivaWare庫用熟練了工程結(jié)構(gòu)和編譯流程都清楚了再考慮GCC那套也不遲。有件事特別值得說TI在模型化開發(fā)Model-Based Design方向上投入很大MATLAB/Simulink生態(tài)里針對TI的多款處理器都有支持比如大家可能聽過的embedded coder support package for texas instruments c2000 processors就是專門給C2000系列處理器做代碼生成用的。雖然C2000和TM4C不是同一個系列但這說明TI整套MCU工具鏈在模型化開發(fā)上是有布局的。以后你想從手寫代碼切到Simulink自動生成驅(qū)動或者想讓算法模型直接落到芯片上這條路是通的。2.3 TivaWare SDK到底是個什么東西TivaWare早期叫StellarisWare是TI為TM4C系列提供的完整軟件開發(fā)套件。它包含的東西非常多driverlib驅(qū)動庫源碼用C語言封裝了GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、PWM、定時器、USB、CAN等幾乎所有外設(shè)的操作。examples官方例程覆蓋每個外設(shè)的基礎(chǔ)用法很多可以直接改改就用。third_party第三方組件里面有FreeRTOS、FatFS等。utils一些實用工具函數(shù)比如環(huán)形緩沖、軟件定時器、命令行解釋器。grlib圖形庫做屏幕顯示用的。driverlib非常值得靜下心讀。它不是那種封裝到“你根本不知道底層發(fā)生了什么”的庫而是只做了一層很薄的寄存器操作封裝。比如你要配置一個引腳為GPIO輸出調(diào)用GPIOPinTypeGPIOOutput點進(jìn)去看源碼你會看到它在操作GPIODIR、GPIOAFSEL、GPIODEN等寄存器。這樣你既享受了API的便利又能隨時深入到底層。TivaWare還有個特色功能芯片ROM里預(yù)燒錄了一份TivaWare庫。你用到的驅(qū)動函數(shù)如果鏈接腳本配置了ROM調(diào)用程序會直接從芯片ROM里的函數(shù)地址跳轉(zhuǎn)執(zhí)行不占Flash空間。這在Flash緊張的復(fù)雜項目里幫助很大。具體使用方式是在代碼里包含rom.h然后把API調(diào)用改成ROM_GPIOPinWrite這類形式。3. 核心細(xì)節(jié)解析時鐘、中斷與片上外設(shè)的底層原理3.1 時鐘系統(tǒng)為什么說這是新手第一道坎TM4C的時鐘系統(tǒng)不算特別復(fù)雜但你要是沒搞懂很容易出現(xiàn)“代碼明明看著沒問題外設(shè)就是不工作”的情況。時鐘配錯外設(shè)的波特率、PWM頻率、定時時間全都會亂掉。TM4C的時鐘源主要有四個PIOSC內(nèi)部16MHz振蕩器上電后默認(rèn)的時鐘源精度一般但勝在不需要外部晶振就能跑。Main OscillatorMOSC外部晶振輸入常見16MHz、25MHz、8MHz精度高適合對通信時序要求高的場景。內(nèi)部低頻振蕩器LFIOSC內(nèi)部30kHz左右適合低功耗休眠場景。Hibernation模塊時鐘由休眠模塊的32.768kHz晶振提供用于RTC喚醒等。如果只是簡單點亮LED不配PLL完全沒問題系統(tǒng)時鐘直接用PIOSC或MOSC就行。但如果要跑滿80MHz就必須經(jīng)過PLL。TM4C123的PLL典型配置是外部16MHz晶振經(jīng)分頻后進(jìn)入PLL倍頻到400MHz的VCO輸出再經(jīng)過分頻得到系統(tǒng)時鐘。TivaWare例程里常見的SystemClockSet一行代碼SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_5 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_XTAL_16MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN);意思是用外部主振蕩器16MHz晶振啟用PLL系統(tǒng)分頻系數(shù)為5最終系統(tǒng)時鐘400MHz / 5 80MHz。這里面的每一個宏都對應(yīng)著寄存器位如果你自己手動配寄存器過程要繁瑣不少但理解之后會對“時鐘樹”這個概念有更深的體會。還有一點特別容易忽略TM4C的每個外設(shè)都有自己的時鐘門控你要使用某個外設(shè)必須在RCGCGPIO、RCGCUART、RCGCADC這類寄存器里把對應(yīng)位打開。這一步不做后續(xù)所有寄存器讀寫都是無效的而且調(diào)試時很難往寄存器方向懷疑。這是從51單片機(jī)跳過來的人最容易踩的坑。3.2 中斷系統(tǒng)與優(yōu)先級TM4C的中斷控制器是ARM標(biāo)準(zhǔn)的NVIC使用起來比STM32簡單沒有太多花哨的嵌套分組但你仍然需要知道兩件事外設(shè)中斷和內(nèi)核異常。外設(shè)中斷GPIO、UART、Timer等都有固定的中斷號配置流程是外設(shè)產(chǎn)生中斷事件在中斷狀態(tài)寄存器里標(biāo)志置位然后通過NVIC的EN寄存器使能對應(yīng)中斷號CPU收到中斷后跳轉(zhuǎn)到啟動文件里寫好的中斷服務(wù)函數(shù)。你要關(guān)注的是函數(shù)名必須和啟動文件里的名字完全一致否則鏈接時用到的符號對不上程序就會跑飛。內(nèi)核異常里SysTick是我們最常用的。SysTick是Cortex-M內(nèi)核自帶的24位遞減計數(shù)器可以配置為系統(tǒng)時鐘或外部參考時鐘驅(qū)動溢出時觸發(fā)SysTick_Handler。它最適合做系統(tǒng)時基可以在中斷里維護(hù)一個毫秒級甚至微秒級的tick計數(shù)這樣主循環(huán)里就不用delay阻塞了。中斷優(yōu)先級方面Cortex-M4F支持可編程優(yōu)先級。TM4C默認(rèn)是4位優(yōu)先級可以配置搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級。如果多個中斷嵌套你要在NVIC_SetPriority里合理分配優(yōu)先級尤其是電機(jī)控制和通信類任務(wù)混在一起時優(yōu)先級設(shè)錯會導(dǎo)致實時性崩掉。3.3 外設(shè)時鐘門控與低功耗TM4C的每個外設(shè)模塊都有獨(dú)立的時鐘門控這種設(shè)計主要是為了低功耗。你不需要用的外設(shè)時鐘和電源都可以保持關(guān)閉這樣可以降低系統(tǒng)整體功耗。時鐘門控的寄存器主要以RCGCRun mode clock gating系列出現(xiàn)比如RCGCGPIO、RCGCUART、RCGCADC。這個名字的英文全稱是Run Mode Clock Gating Control什么意思呢就是在正常運(yùn)行模式下你要給某個外設(shè)提供時鐘就必須在對應(yīng)的RCGC寄存器里寫1。與之對應(yīng)的還有SCGCSleep mode和DCGCDeep Sleep mode系列用于低功耗模式的時鐘管理。實操中我建議每次新建工程后先把要用到的外設(shè)時鐘門控全部打開再用SysCtlClockGet()打印或調(diào)試查看實際系統(tǒng)時鐘頻率確保時鐘和預(yù)期一致再往下寫外設(shè)配置代碼。這樣能避免大量“查了半天發(fā)現(xiàn)是時鐘沒開”的無效調(diào)試。4. 實操15分鐘點亮LED并跑到串口4.1 點亮LaunchPad板載LED先做一個最簡單的實驗點亮EK-TM4C123GXL板載RGB LED。板子上三色LED分別連接到PF1紅、PF2藍(lán)、PF3綠。高電平點亮。在寫代碼之前先理清楚GPIO配置的四個基本步驟打開GPIO端口時鐘SYSCTL-RCGCGPIO對應(yīng)位置位。配置引腳方向GPIODIR寄存器1為輸出0為輸入。配置引腳功能GPIOAFSEL寄存器將引腳設(shè)置為GPIO功能而不是外設(shè)功能。使能數(shù)字IOGPIODEN寄存器。用寄存器方式寫代碼長這樣#include TM4C123.h void simple_delay(int ms) { unsigned long i; while (ms--) { for (i 0; i 4000; i) {} } } int main(void) { SYSCTL-RCGCGPIO | (1U 5); // 打開GPIOF時鐘 GPIOF-DIR | (1U 1) | (1U 2) | (1U 3); // PF1/PF2/PF3設(shè)為輸出 GPIOF-DEN | (1U 1) | (1U 2) | (1U 3); // 使能數(shù)字功能 while (1) { GPIOF-DATA | (1U 1); // PF1輸出高電平紅燈亮 simple_delay(500); GPIOF-DATA ~(1U 1); // PF1輸出低電平紅燈滅 simple_delay(500); } }這里我用了寄存器直接操作你可能會問為什么要用寄存器而不是直接用TivaWare庫函數(shù)我的想法是點燈是最基礎(chǔ)的實驗通過寄存器操作能讓你把引腳配置的每一步都看清。等你明白了原理再用TivaWare庫函數(shù)寫會非常輕松#include tm4c123gh6pm.h #include driverlib/sysctl.h #include driverlib/gpio.h int main(void) { SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_5 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_XTAL_16MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN); SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF); GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3); while (1) { GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_1); SysCtlDelay(4000000); GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1, 0); SysCtlDelay(4000000); } }注意SysCtlDelay不是精確延時它只是“消耗一定數(shù)量的指令周期”。如果你的項目對時間要求嚴(yán)格后面要用定時器或SysTick做精確延時。4.2 配置串口打印“Hello from TM4C”點燈后會想看看芯片到底在干什么串口是最方便的觀察窗口。EK-TM4C123GXL板載ICDI自帶USB轉(zhuǎn)串口功能PA0和PA1連接到了ICDI你只要在PC上打開串口助手選擇對應(yīng)COM口就能看到TM4C的輸出。UART配置步驟打開GPIOA和UART0外設(shè)時鐘。配置PA0為U0RX、PA1為U0TX功能這一步涉及GPIOAFSEL和GPIOPCTL。配置UART波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位。使能UART模塊。TivaWare庫寫起來很清楚#include driverlib/uart.h #include driverlib/gpio.h #include driverlib/sysctl.h #include driverlib/pin_map.h void UART0_Init(void) { SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA); SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART0); GPIOPinConfigure(GPIO_PA0_U0RX); GPIOPinConfigure(GPIO_PA1_U0TX); GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1); UARTConfigSetExpClk(UART0_BASE, SysCtlClockGet(), 115200, UART_CONFIG_WLEN_8 | UART_CONFIG_STOP_ONE | UART_CONFIG_PAR_NONE); UARTEnable(UART0_BASE); } int fputc(int ch, FILE *f) { UARTCharPut(UART0_BASE, (unsigned char)ch); return ch; }配置完成后把fputc重定向到UART0然后用printf就能在串口工具里看到“Hello from TM4C”。你在用串口的時候遇到亂碼、沒輸出之類的問題優(yōu)先檢查兩件事系統(tǒng)時鐘配置有沒有問題波特率匹配不匹配。這兩個點占了串口問題的八成。5. 定時器、PWM與中斷的進(jìn)階用法5.1 SysTick精確延時與系統(tǒng)tickSysTick是Cortex-M內(nèi)核自帶的24位遞減計數(shù)器絕大多數(shù)ARM MCU都有它。TM4C里SysTick的上限是2的24次方減1在80MHz系統(tǒng)時鐘下最大只能數(shù)約0.21秒。所以做長時間延時通常要讓SysTick在溢出時觸發(fā)中斷在中斷里維護(hù)一個32位或更寬的計數(shù)變量。實現(xiàn)思路volatile uint32_t g_tick_count 0; void SysTick_Handler(void) { g_tick_count; } void SysTick_Init(void) { SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000); // 1ms觸發(fā)一次中斷 } void delay_ms(uint32_t ms) { uint32_t start g_tick_count; while ((g_tick_count - start) ms) {} }注意這里用了無符號減法來判斷時間差即使g_tick_count發(fā)生回繞只要時間差小于2的32次方依然能正確計算。這是嵌入式里非常常見的技巧避免了溢出導(dǎo)致的死循環(huán)。SysTick的用處遠(yuǎn)不止延時。在實際項目中我會在SysTick_Handler里調(diào)用一個軟件定時器管理函數(shù)所有模塊的周期性任務(wù)都掛在上面比如每10ms讀一次傳感器、每50ms刷新一次OLED、每100ms更新一次狀態(tài)機(jī)。這樣主循環(huán)只做非阻塞的事件處理實時性會更好。5.2 PWM輸出給電機(jī)和舵機(jī)打基礎(chǔ)PWM幾乎是控制類項目的剛需。TM4C的PWM模塊功能很強(qiáng)可以產(chǎn)生多路獨(dú)立PWM支持死區(qū)插入、故障保護(hù)、同步更新尤其適合電機(jī)驅(qū)動。TM4C的PWM模塊結(jié)構(gòu)是PWM發(fā)生器PWM Generator產(chǎn)生波形輸出到PWM輸出引腳。每個PWM發(fā)生器可以產(chǎn)生兩路PWM并且支持上下計數(shù)、先高后低、先低后高等模式。要輸出PWM基本步驟是配置PWM模塊時鐘分頻。打開PWM模塊和對應(yīng)GPIO端口時鐘。把GPIO引腳復(fù)用為PWM功能。配置PWM發(fā)生器的計數(shù)模式、周期和脈寬。使能PWM輸出。以PB6引腳輸出PWM0為例TivaWare代碼如下SysCtlPWMClockSet(SYSCTL_PWMDIV_1); SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_PWM0); SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB); GPIOPinConfigure(GPIO_PB6_M0PWM0); GPIOPinTypePWM(GPIO_PORTB_BASE, GPIO_PIN_6); PWMGenConfigure(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, PWM_GEN_MODE_UP_DOWN | PWM_GEN_MODE_NO_SYNC); PWMGenPeriodSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, period); PWMPulseWidthSet(PWM0_BASE, PWM_GEN_0, pulse); PWMOutputState(PWM0_BASE, PWM_OUT_0_BIT, true); PWMGenEnable(PWM0_BASE, PWM_GEN_0);這里的period和pulse都是計數(shù)器的值不是時間。如果你要在20ms周期、1.5ms脈寬的舵機(jī)控制信號先算出20ms對應(yīng)多少個PWM時鐘周期再算出1.5ms對應(yīng)多少個脈沖寬度然后把這兩個值填進(jìn)去。PWM時鐘頻率越高分辨率越細(xì)但計數(shù)周期不能超過16位計數(shù)器上限這個平衡要在項目里實際算一下。5.3 中斷函數(shù)的命名與臨界區(qū)保護(hù)TM4C的啟動文件里已經(jīng)定義好了所有中斷服務(wù)函數(shù)的名稱比如GPIOF_Handler、UART0_Handler、Timer0A_Handler、SysTick_Handler。你寫代碼時函數(shù)名必須和這些名字完全一致否則中斷觸發(fā)時CPU找不到處理函數(shù)程序直接跑飛進(jìn)Default_Handler。中斷處理還有一個容易忽略的問題臨界區(qū)保護(hù)。如果在主循環(huán)里讀一個“由中斷更新的變量”而這個變量是32位的在8位或16位總線上讀取時可能存在“讀到一半被中斷打斷”的競態(tài)問題。TM4C的Cortex-M4F內(nèi)核支持32位單次讀但如果你操作的是結(jié)構(gòu)體或復(fù)合變量仍然要小心。常用做法是在進(jìn)入臨界區(qū)前關(guān)中斷退出前恢復(fù)中斷狀態(tài)。CMSIS里提供了__disable_irq()和__enable_irq()但更保險的做法是用__get_PRIMASK()保存狀態(tài)防止在中斷已經(jīng)關(guān)閉時誤開啟中斷。6. 常見問題與踩坑記錄6.1 燒錄連接失敗這塊我見過太多人卡住了。TM4C LaunchPad燒錄失敗先檢查這幾項ICDI驅(qū)動是否裝好。Windows下要裝Stellaris ICDI驅(qū)動不裝的話設(shè)備管理器里只能看到未知設(shè)備。USB線是不是數(shù)據(jù)線。很多USB線只能充電不能傳數(shù)據(jù)插上后電腦毫無反應(yīng)尤其容易出現(xiàn)在用充電線湊合的時候。CCS或Keil里選擇的調(diào)試器是不是ICDI。如果選錯成ST-Link或J-Link當(dāng)然連不上。板子是否被識別為兩個COM口。如果只識別出一個COM口可能驅(qū)動有問題如果根本沒識別那大概率是USB線或板子供電問題。遇到燒錄失敗時我的排查順序是換USB口、換USB線、重裝驅(qū)動、換臺電腦最后才懷疑板子壞了。這套流程我屢試不爽。6.2 Flash被鎖死怎么辦TM4C調(diào)試中經(jīng)常會出現(xiàn)Flash被鎖的情況典型癥狀是燒錄時報錯提示“Could not initialize target”或“Target locked”。原因通常是代碼里把調(diào)試引腳SWD/JTAG復(fù)用成了GPIO或者配置了看門狗、低功耗模式導(dǎo)致調(diào)試口被關(guān)閉。解決辦法按住LaunchPad上的復(fù)位按鍵在點擊燒錄的瞬間松開復(fù)位鍵有時候能搶在代碼運(yùn)行前連上芯片。使用LM Flash Programmer選擇對應(yīng)的調(diào)試接口執(zhí)行“Unlock”或“Erase”操作擦除整片F(xiàn)lash后再重新燒錄。如果還是比較頑固把板子斷電短接調(diào)試接口的復(fù)位電容再重新上電能清掉異常狀態(tài)。絕對不要慌TM4C的Flash鎖死不是硬件損壞絕大多數(shù)情況都可以通過軟件方式恢復(fù)。6.3 串口亂碼的排查思路串口亂碼的根源基本都是波特率不匹配但導(dǎo)致波特率不匹配的原因可能有好幾種系統(tǒng)時鐘跑得和預(yù)期不一樣。比如你用PLL配了80MHz但晶振實際不是16MHz或者PLL配置參數(shù)寫錯實際頻率可能是60MHz或75MHzUART的波特率自然就不準(zhǔn)。PC端串口助手的波特率設(shè)置和程序不一致。這個最好檢查。USB轉(zhuǎn)串口芯片的驅(qū)動有問題或者串口助手的緩沖設(shè)置導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯位。排查方法先用邏輯分析儀或示波器抓TXD引腳波形看一個起始位加8個數(shù)據(jù)位的位寬從波形上算出實際波特率如果沒示波器就退而求其次把波特率降到9600試試低速下對誤差容忍度更高。6.4 常見問題速查表我把TM4C入門階段最常見的問題整理成一張表方便你對照排查現(xiàn)象可能原因處理方式LED不亮GPIO時鐘沒開、方向配置不對、數(shù)字功能沒使能檢查RCGCGPIO、GPIODIR、GPIODEN串口無輸出UART時鐘沒開、引腳復(fù)用沒配、波特率不對檢查RCGCUART、GPIOPCTL、UARTIBRD串口亂碼系統(tǒng)時鐘配置錯誤、PC端波特率不匹配用邏輯分析儀抓波形打印實際SysCtlClockGet燒錄失敗ICDI驅(qū)動問題、USB線是充電線、Flash鎖死重裝驅(qū)動、換數(shù)據(jù)線、LM Flash Programmer解鎖中斷不執(zhí)行ISR函數(shù)名和啟動文件不一致、NVIC沒使能對照startup文件名確認(rèn)NVIC_EN寄存器定時不準(zhǔn)系統(tǒng)時鐘不是預(yù)期值、延時函數(shù)依賴時鐘用SysTick或定時器做精確延時寫寄存器讀回全是0外設(shè)時鐘門控沒打開檢查對應(yīng)RCGC寄存器這張表是我踩了無數(shù)坑之后總結(jié)出來的。每次你調(diào)試遇到奇怪現(xiàn)象先別急著改邏輯代碼回到時鐘和外設(shè)配置上查一遍往往能省下兩三個小時。6.5 幾條獨(dú)家經(jīng)驗最后分享幾個我自己的實操習(xí)慣可能對你有幫助第一新建工程的第一件事是配置系統(tǒng)時鐘并且用串口或調(diào)試器把SysCtlClockGet()的值打出來看一眼。時鐘錯了后面全白搭。第二能用DriverLib庫就用DriverLib庫。它只是薄薄一層寄存器封裝不會讓你脫離底層又能省去反復(fù)翻手冊的時間。等你想深入時點進(jìn)源碼就能看到實現(xiàn)。第三每次改到時鐘樹或啟動文件之前先備份一個能點燈的工程。出了問題能馬上回到原點而不是從一堆不熟悉的東西里排查。第四啟動文件里的ISR名字絕對不要憑記憶敲全局搜索復(fù)制過來最保險。拼錯一個字母中斷就不會執(zhí)行而且編譯器還不會報錯。第五不要一上來就折騰RTOS。先把裸機(jī)下的GPIO、UART、定時器、中斷、PWM、ADC玩熟再上FreeRTOS或TI-RTOS你會理解得深很多。RTOS不是萬能的它解決的是任務(wù)調(diào)度問題但你得先把每個外設(shè)本身調(diào)明白。7. 從入門到下一步還可以往哪走如果你已經(jīng)能熟練點亮LED、用串口打印、用定時器中斷控制任務(wù)節(jié)奏那TM4C的入門關(guān)了就算過了。接下來可以往幾個方向延伸跑RTOS。TI提供了TI-RTOS第三方也有FreeRTOS移植用TM4C跑多任務(wù)非常合適。此時你會開始接觸信號量、隊列、任務(wù)優(yōu)先級這些概念。接真實傳感器。用I2C讀取MPU6050六軸數(shù)據(jù)用SPI讀外部ADC或Flash用DMA做數(shù)據(jù)搬運(yùn)。這種組合能讓你的系統(tǒng)復(fù)雜度上一個臺階。做通信協(xié)議。CAN總線、以太網(wǎng)、USBTM4C都支持。做一個簡單的CAN收發(fā)節(jié)點或者用TM4C1294做以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集都是很實用的練手項目。嘗試MATLAB/Simulink模型化開發(fā)。TI生態(tài)對Simulink的支持做得不錯從C2000系列處理器的嵌入式代碼生成支持包到Cortex-M系列的控制系統(tǒng)設(shè)計流程都有現(xiàn)成路徑。如果你以后想做更復(fù)雜的控制系統(tǒng)或信號處理算法這條路值得提前了解。我自己玩TM4C的過程其實是慢慢“變懶”的過程一開始什么都要自己寫寄存器后來用DriverLib再后來開始用仿真器看波形用邏輯分析儀驗證時序。每前進(jìn)一步對芯片的理解就更深一層。TM4C不是性能最強(qiáng)的MCU但它是一塊非常適合把基礎(chǔ)打扎實的芯片。最后再提醒一句不管網(wǎng)上教程多全一定要自己動手寫、動手調(diào)?？创a和寫出能跑的代碼中間差的不是智商是調(diào)試經(jīng)驗。TM4C的資料和社區(qū)支持都很豐富遇到問題多查手冊、多搜索、多試入門這一關(guān)很快就能過。