《CMSIS標(biāo)準(zhǔn)》PPT課件：探索嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的基石課程簡介：CMSIS的重要性及應(yīng)用CMSISCMSIS是ARM公司推出的一個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，它定義了一系列的軟件組件、接口和工具，為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供了統(tǒng)一的框架，簡化了開發(fā)過程，提高了代碼可移植性和可復(fù)用性。應(yīng)用場景CMSIS廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)，包括物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、汽車電子、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。它可以幫助開發(fā)者更輕松地開發(fā)和部署嵌入式應(yīng)用，加速產(chǎn)品上市速度。CMSIS概述：什么是CMSIS？CMSIS（CortexMicrocontrollerSoftwareInterfaceStandard）是一個由ARM公司提供的嵌入式軟件接口標(biāo)準(zhǔn)，旨在為ARMCortex-M系列微控制器提供統(tǒng)一的軟件開發(fā)環(huán)境，方便開發(fā)者進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。CMSIS的目標(biāo)與設(shè)計原則目標(biāo)簡化嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程，提高代碼可移植性和可復(fù)用性，降低開發(fā)成本，加速產(chǎn)品上市速度。設(shè)計原則基于ARMCortex-M架構(gòu)，提供標(biāo)準(zhǔn)化的軟件接口和工具，支持多種開發(fā)環(huán)境，易于學(xué)習(xí)和使用，支持多種外設(shè)和功能，并不斷更新和擴(kuò)展以適應(yīng)最新技術(shù)。CMSIS的核心組件1CMSIS-CORE：提供對ARMCortex-M內(nèi)核的訪問接口，定義了寄存器結(jié)構(gòu)、中斷向量表等。2CMSIS-DSP：提供數(shù)字信號處理庫，包含常用DSP算法，如FFT、濾波、卷積等。3CMSIS-NN：提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算庫，支持嵌入式設(shè)備上的AI推理，包含CNN、RNN等模型。4CMSIS-Driver：提供外設(shè)驅(qū)動接口規(guī)范，定義了常見外設(shè)的驅(qū)動接口，如UART、SPI、I2C等。5CMSIS-RTOS：提供實(shí)時操作系統(tǒng)接口規(guī)范，定義了任務(wù)管理、調(diào)度、同步等功能。6CMSIS-Pack：提供軟件包管理機(jī)制，方便開發(fā)者管理和使用軟件組件。CMSIS-CORE：介紹ARMCortex-M內(nèi)核訪問層CMSIS-CORE是CMSIS的核心組件之一，它提供了一組標(biāo)準(zhǔn)化的接口，使開發(fā)者能夠訪問ARMCortex-M內(nèi)核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括寄存器、中斷、異常處理等。通過CMSIS-CORE，開發(fā)者可以方便地進(jìn)行底層驅(qū)動開發(fā)，并與其他軟件組件進(jìn)行交互。CMSIS-CORE：寄存器結(jié)構(gòu)與定義CMSIS-CORE定義了一組用于訪問ARMCortex-M內(nèi)核寄存器的結(jié)構(gòu)體，例如NVIC（嵌套向量中斷控制器）、SCB（系統(tǒng)控制塊）和SysTick（系統(tǒng)定時器）等。這些結(jié)構(gòu)體提供了訪問內(nèi)核寄存器的標(biāo)準(zhǔn)方式，簡化了底層驅(qū)動開發(fā)。CMSIS-CORE：啟動代碼詳解CMSIS-CORE提供了標(biāo)準(zhǔn)化的啟動代碼，負(fù)責(zé)初始化系統(tǒng)，例如設(shè)置堆棧指針、初始化內(nèi)存、設(shè)置中斷向量表等。開發(fā)者可以根據(jù)需要修改啟動代碼，添加自定義的初始化操作。CMSIS-CORE：中斷向量表與處理CMSIS-CORE定義了中斷向量表，它包含了每個中斷的入口地址。當(dāng)發(fā)生中斷時，處理器會跳轉(zhuǎn)到中斷向量表中對應(yīng)中斷的入口地址，并執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序。CMSIS-DSP：數(shù)字信號處理庫介紹CMSIS-DSP是一個高度優(yōu)化的數(shù)字信號處理庫，它提供了一組常用的DSP算法，包括FFT、濾波器、卷積、矩陣運(yùn)算等，這些算法經(jīng)過優(yōu)化，可以最大限度地利用ARMCortex-M處理器的性能，提高嵌入式系統(tǒng)中信號處理的速度和效率。CMSIS-DSP：常用DSP函數(shù)及應(yīng)用案例常用DSP函數(shù)CMSIS-DSP庫提供了一系列常用的DSP函數(shù)，例如快速傅里葉變換（FFT）、有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器、無限脈沖響應(yīng)（IIR）濾波器、卷積、互相關(guān)等。這些函數(shù)可以用于各種信號處理應(yīng)用，例如音頻處理、圖像處理、通信系統(tǒng)等。應(yīng)用案例例如，使用CMSIS-DSP庫中的FFT函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)音頻信號的頻譜分析，使用FIR濾波器可以實(shí)現(xiàn)音頻信號的降噪，使用卷積可以實(shí)現(xiàn)圖像邊緣檢測等。CMSIS-DSP：濾波器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)CMSIS-DSP庫提供了豐富的濾波器設(shè)計工具，包括FIR濾波器和IIR濾波器設(shè)計函數(shù)。開發(fā)者可以使用這些函數(shù)設(shè)計各種類型的濾波器，例如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等，滿足不同的信號處理需求。CMSIS-DSP：快速傅里葉變換（FFT）應(yīng)用快速傅里葉變換（FFT）是數(shù)字信號處理中常用的算法之一，它可以將時域信號轉(zhuǎn)換到頻域，方便對信號進(jìn)行分析和處理。CMSIS-DSP庫提供了高性能的FFT函數(shù)，可以用于音頻信號的頻譜分析、圖像處理、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。CMSIS-NN：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算庫簡介CMSIS-NN是一個專門針對嵌入式設(shè)備設(shè)計的輕量級神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算庫，它提供了一組經(jīng)過優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)操作，支持卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）等模型，并針對ARMCortex-M系列處理器進(jìn)行了優(yōu)化，可以有效地降低內(nèi)存消耗和計算量。CMSIS-NN：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）實(shí)現(xiàn)CMSIS-NN支持卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）的實(shí)現(xiàn)，開發(fā)者可以使用CMSIS-NN庫來訓(xùn)練和部署CNN模型，用于圖像分類、目標(biāo)檢測、語音識別等應(yīng)用。CMSIS-NN：嵌入式設(shè)備上的AI推理CMSIS-NN庫可以幫助開發(fā)者在資源受限的嵌入式設(shè)備上實(shí)現(xiàn)AI推理，它提供了一組低功耗、高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算，可以滿足嵌入式設(shè)備對性能和資源的嚴(yán)格要求，并支持多種模型和框架，方便開發(fā)者進(jìn)行AI應(yīng)用的開發(fā)和部署。CMSIS-Driver：外設(shè)驅(qū)動接口規(guī)范CMSIS-Driver提供了一組標(biāo)準(zhǔn)化的外設(shè)驅(qū)動接口規(guī)范，它定義了常見外設(shè)的驅(qū)動接口，例如UART、SPI、I2C、ADC、DAC、Timer等。通過CMSIS-Driver，開發(fā)者可以方便地使用外設(shè)，而無需編寫復(fù)雜的驅(qū)動代碼。CMSIS-Driver：UART驅(qū)動詳解CMSIS-Driver提供了UART驅(qū)動的接口規(guī)范，開發(fā)者可以根據(jù)這個規(guī)范編寫UART驅(qū)動程序。UART驅(qū)動程序負(fù)責(zé)管理UART外設(shè)，提供發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的接口。CMSIS-Driver：SPI驅(qū)動詳解CMSIS-Driver提供了SPI驅(qū)動的接口規(guī)范，開發(fā)者可以根據(jù)這個規(guī)范編寫SPI驅(qū)動程序。SPI驅(qū)動程序負(fù)責(zé)管理SPI外設(shè)，提供發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的接口，并支持多種SPI模式。CMSIS-Driver：I2C驅(qū)動詳解CMSIS-Driver提供了I2C驅(qū)動的接口規(guī)范，開發(fā)者可以根據(jù)這個規(guī)范編寫I2C驅(qū)動程序。I2C驅(qū)動程序負(fù)責(zé)管理I2C外設(shè)，提供發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的接口，并支持多種I2C模式。CMSIS-RTOS：實(shí)時操作系統(tǒng)接口規(guī)范CMSIS-RTOS提供了一組標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)時操作系統(tǒng)接口規(guī)范，它定義了實(shí)時操作系統(tǒng)常用的功能，例如任務(wù)管理、調(diào)度、同步、通信等。通過CMSIS-RTOS，開發(fā)者可以方便地使用實(shí)時操作系統(tǒng)，而無需編寫復(fù)雜的RTOS驅(qū)動代碼。CMSIS-RTOS：任務(wù)管理與調(diào)度CMSIS-RTOS定義了任務(wù)管理和調(diào)度的接口，開發(fā)者可以使用這些接口創(chuàng)建任務(wù)、設(shè)置任務(wù)優(yōu)先級、啟動任務(wù)、掛起任務(wù)、刪除任務(wù)等。CMSIS-RTOS還提供了一個調(diào)度器，負(fù)責(zé)調(diào)度各個任務(wù)的執(zhí)行。CMSIS-RTOS：互斥鎖與信號量CMSIS-RTOS提供了互斥鎖和信號量等同步機(jī)制，用于保護(hù)共享資源，避免多個任務(wù)同時訪問而導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突。開發(fā)者可以使用這些機(jī)制來實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的同步和協(xié)調(diào)。CMSIS-RTOS：消息隊列與郵箱CMSIS-RTOS提供了消息隊列和郵箱等通信機(jī)制，用于在任務(wù)之間傳遞數(shù)據(jù)。開發(fā)者可以使用這些機(jī)制來實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的通信，例如發(fā)送消息、接收消息等。CMSIS-Pack：軟件包管理機(jī)制CMSIS-Pack提供了一個軟件包管理機(jī)制，用于管理和使用軟件組件。開發(fā)者可以使用CMSIS-Pack來下載、安裝、更新、刪除軟件組件，并管理組件之間的依賴關(guān)系。CMSIS-Pack：軟件組件復(fù)用CMSIS-Pack支持軟件組件的復(fù)用，開發(fā)者可以將自己的軟件組件打包成CMSIS-Pack，并分享給其他開發(fā)者使用。CMSIS-Pack可以方便地管理和復(fù)用各種軟件組件，減少重復(fù)開發(fā)，提高開發(fā)效率。CMSIS-Pack：版本控制與依賴管理CMSIS-Pack提供了版本控制和依賴管理功能，可以跟蹤軟件組件的版本，并管理組件之間的依賴關(guān)系。開發(fā)者可以使用CMSIS-Pack來確保軟件組件的兼容性和穩(wěn)定性。CMSIS與硬件抽象層（HAL）的區(qū)別CMSIS提供的是一個標(biāo)準(zhǔn)化的軟件接口，定義了各種軟件組件的接口，但不負(fù)責(zé)具體的硬件實(shí)現(xiàn)。HAL提供的是一個硬件抽象層，屏蔽了底層硬件的差異，提供統(tǒng)一的硬件訪問接口。CMSIS在不同開發(fā)環(huán)境下的應(yīng)用CMSIS支持多種嵌入式開發(fā)環(huán)境，例如KeilMDK、IAREmbeddedWorkbench、GCC等。開發(fā)者可以選擇適合自己的開發(fā)環(huán)境來開發(fā)基于CMSIS的項(xiàng)目，而無需擔(dān)心不同環(huán)境下的兼容性問題。使用KeilMDK開發(fā)基于CMSIS的項(xiàng)目KeilMDK是一個常用的嵌入式開發(fā)環(huán)境，它提供了對CMSIS的支持，開發(fā)者可以使用KeilMDK的CMSIS庫和工具來開發(fā)基于CMSIS的項(xiàng)目，并使用KeilMDK的調(diào)試工具進(jìn)行調(diào)試和測試。使用IAREmbeddedWorkbench開發(fā)基于CMSIS的項(xiàng)目IAREmbeddedWorkbench也是一個常用的嵌入式開發(fā)環(huán)境，它同樣提供了對CMSIS的支持，開發(fā)者可以使用IAREmbeddedWorkbench的CMSIS庫和工具來開發(fā)基于CMSIS的項(xiàng)目，并使用IAREmbeddedWorkbench的調(diào)試工具進(jìn)行調(diào)試和測試。GCC環(huán)境下CMSIS的使用GCC是一個開源的編譯器，開發(fā)者可以使用GCC來編譯基于CMSIS的項(xiàng)目。在GCC環(huán)境下，開發(fā)者需要下載和配置CMSIS庫，并使用相應(yīng)的編譯選項(xiàng)來編譯項(xiàng)目。CMSIS標(biāo)準(zhǔn)版本演進(jìn)歷史1CMSIS1.0：最初版本，定義了基本的核心組件和接口。2CMSIS2.0：添加了CMSIS-DSP庫和CMSIS-Driver規(guī)范，支持更多外設(shè)和功能。3CMSIS3.0：增加了CMSIS-NN庫，支持嵌入式設(shè)備上的AI推理。4CMSIS4.0：優(yōu)化了核心組件，并引入了CMSIS-Pack機(jī)制，方便開發(fā)者管理和使用軟件組件。5CMSIS5.0：推出了全新的CMSIS-Toolbox，包含了更豐富的工具和功能，支持更廣泛的應(yīng)用場景。CMSIS5的新特性1CMSIS-Toolbox：提供了一組用于構(gòu)建、測試和調(diào)試CMSIS項(xiàng)目的工具。2CMSIS-Build：簡化了項(xiàng)目構(gòu)建流程，支持多種編譯器和開發(fā)環(huán)境。3CMSIS-Test：提供了一個單元測試框架，方便開發(fā)者進(jìn)行代碼測試。4CMSIS-View：提供了一個調(diào)試和分析工具，可以幫助開發(fā)者分析程序性能和資源使用情況。CMSIS-Toolbox：構(gòu)建工具介紹CMSIS-Toolbox是一組用于構(gòu)建、測試和調(diào)試CMSIS項(xiàng)目的工具，它包含了CMSIS-Build、CMSIS-Test、CMSIS-View等工具，幫助開發(fā)者快速構(gòu)建和測試CMSIS項(xiàng)目，并提高開發(fā)效率。CMSIS-Build：項(xiàng)目構(gòu)建流程CMSIS-Build是一個用于構(gòu)建CMSIS項(xiàng)目的工具，它可以根據(jù)項(xiàng)目的配置信息自動生成編譯腳本和鏈接腳本，簡化了項(xiàng)目構(gòu)建流程，提高了開發(fā)效率，并支持多種編譯器和開發(fā)環(huán)境。CMSIS-Test：單元測試框架CMSIS-Test提供了一個單元測試框架，方便開發(fā)者對代碼進(jìn)行測試，它支持編寫各種測試用例，并自動執(zhí)行測試用例，并生成測試報告。CMSIS-View：調(diào)試與分析工具CMSIS-View是一個用于調(diào)試和分析CMSIS項(xiàng)目的工具，它可以幫助開發(fā)者查看程序的運(yùn)行狀態(tài)，分析程序性能和資源使用情況，并幫助開發(fā)者查找和解決問題。CMSIS-Stream：數(shù)據(jù)流處理CMSIS-Stream提供了一組數(shù)據(jù)流處理庫，它可以幫助開發(fā)者更方便地處理數(shù)據(jù)流，例如音頻流、視頻流、傳感器數(shù)據(jù)等。CMSIS-Stream支持多種數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，并提供了豐富的功能，例如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。CMSIS-Zone：內(nèi)存分區(qū)管理CMSIS-Zone提供了一個內(nèi)存分區(qū)管理機(jī)制，它可以幫助開發(fā)者更有效地管理內(nèi)存資源，提高程序的穩(wěn)定性和可靠性。CMSIS-Zone支持多種內(nèi)存分區(qū)方式，并提供了多種功能，例如內(nèi)存分配、內(nèi)存釋放、內(nèi)存訪問控制等。CMSIS-SVD：外設(shè)描述文件CMSIS-SVD（SystemViewDescription）是一種外設(shè)描述文件格式，它描述了外設(shè)的寄存器、中斷、內(nèi)存映射等信息。開發(fā)者可以使用CMSIS-SVD文件來生成代碼，方便地訪問外設(shè)，提高開發(fā)效率。如何創(chuàng)建符合CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動創(chuàng)建符合CMSIS標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動需要遵循CMSIS-Driver規(guī)范，使用CMSIS-SVD文件來描述外設(shè)，并使用CMSIS-Build工具來構(gòu)建項(xiàng)目。開發(fā)者可以根據(jù)CMSIS-Driver規(guī)范編寫驅(qū)動程序，并使用CMSIS-SVD文件來生成代碼，提高開發(fā)效率。CMSIS在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用中的價值CMSIS在物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用中具有重要的價值，它可以幫助開發(fā)者構(gòu)建低功耗、高效的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的軟件接口，方便開發(fā)者進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)和部署。CMSIS在工業(yè)控制中的應(yīng)用CMSIS在工業(yè)控制中具有廣泛的應(yīng)用，它可以幫助開發(fā)者構(gòu)建高可靠、高性能的工業(yè)控制系統(tǒng)，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的軟件接口，方便開發(fā)者進(jìn)行工業(yè)控制應(yīng)用的開發(fā)和部署。CMSIS在汽車電子中的應(yīng)用CMSIS在汽車電子中也具有重要的應(yīng)用，它可以幫助開發(fā)者構(gòu)建安全可靠的汽車電子系統(tǒng)，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的軟件接口，方便開發(fā)者進(jìn)行汽車電子應(yīng)用的開發(fā)和部署。CMSIS在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用CMSIS在醫(yī)療設(shè)備中也有廣泛的應(yīng)用，它可以幫助開發(fā)者構(gòu)建安全可靠的醫(yī)療設(shè)備，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的軟件接口，方便開發(fā)者進(jìn)行醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用的開發(fā)和部署。CMSIS與其他嵌入式標(biāo)準(zhǔn)的比較除了CMSIS之外，還有其他嵌入式標(biāo)準(zhǔn)，例如MISRAC、AUTOSAR等。這些標(biāo)準(zhǔn)與CMSIS在不同的方面發(fā)揮著作用，例如MISRAC側(cè)重于代碼安全性和可靠性，AUTOSAR側(cè)重于汽車電子軟件架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化。MISRAC與CMSIS的結(jié)合MISRAC是一個代碼安全性和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，它可以與CMSIS結(jié)合使用，幫助開發(fā)者編寫符合MISRAC標(biāo)準(zhǔn)的CMSIS代碼，提高代碼質(zhì)量和可靠性。AUTOSAR與CMSIS的關(guān)系A(chǔ)UTOSAR是一個汽車電子軟件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，它定義了一套標(biāo)準(zhǔn)化的軟件組件和接口，并提供了工具和方法來支持汽車電子軟件的開發(fā)和部署。CMSIS可以與AUTOSAR結(jié)合使用，提供對底層硬件的訪問接口，并支持AUTOSAR軟件組件的開發(fā)和部署。解決CMSIS常見問題在使用CMSIS過程中，開發(fā)者可能會遇到一些常見問題，例如編譯錯誤、運(yùn)行錯誤、驅(qū)動問題等。開發(fā)者可以通過查閱官方文檔、搜索網(wǎng)絡(luò)資源、咨詢社區(qū)等途徑來解決這些問題。CMSIS的未來發(fā)展趨勢CMSIS將繼續(xù)發(fā)展和完善，不斷推出新的功能和工具，以適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的不斷變化的需求。未來CMSIS將更加注重安全性、可靠性、性能、可擴(kuò)展性等方面，并進(jìn)一步擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。學(xué)習(xí)CMSIS的資源推薦學(xué)習(xí)CMSIS的資源非常豐富，包括官方網(wǎng)站、開源項(xiàng)目、書籍、社區(qū)等。開發(fā)者可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣選擇合適的學(xué)習(xí)資源，并通過實(shí)踐來提高自己的技能。CMSIS官方網(wǎng)站介紹CMSIS官方網(wǎng)站提供了豐富的資料，包括文檔、教程、示例代碼、工具等，開發(fā)者可以從官方網(wǎng)站獲得最新的信息，并下載相關(guān)資源。CMSIS開源項(xiàng)目介紹GitHub上有