Cortex-M 계열 프로세서를 이용한 제어 및 통신 교육용 보드의 개발

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Abstract
A Development of the Control and
Communication Boards
using the Cortex-M Processors
by Kim, Jea Il
Advisor : Prof. Cha, Dong-Hyuk, Ph.D.
Department of Mechatronics Engineering
Graduate School of industrial
Technology & Management
Korea Polytechnic University
A series of the control and communication boards using the 32bit
ARM Cortex-M processors and their software have been developed in
this paper. The control and communication boards are using various
chip vendor's Cortex-M microcontrollers. To comparison of each chip
vendor's product, each microcontrollers has similar performance and
size.
The software for the boards are developed using each chip vendor's
library, which can provide quicker and easier access. Since the
developed software comply with CMSIS(Cortex Microcontroller
Software Interface Standard), they have very similar structure even
though the processors of the boards differs. The Software for USB
and Ethernet communication are implemented with the Keil and Lwip
middleware library. Using the middleware library the user can easily develop a new program even when the microcontroller is changed to
another chip vendor's product.
A series of comparison and analysis study to the each chip vendor's
library which performs the same function has been also performed.
The study can help for the users to access to the various systems
easily even in the case that other chip vendor's microcontroller are
used. For the purpose of education or training, the circuit diagram of
the developed boards and the source programs are fully described in
detail. The developed boards and software would be very helpful to
develop various systems using the 32bit ARM Cortex-M processors.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 목 차 ……………………………………………………………………………………… ⅰ
• 표 목 차 ……………………………………………………………………………………… ⅳ
• 그림목차 ……………………………………………………………………………………… ⅴ
• 국문요약 ……………………………………………………………………………………… ⅷ
• 제 1 장 서 론 ……………………………………………………………………………… 1
• 1.1 연구 배경……………………………………………………………………………… 1
• 1.2 기술 동향……………………………………………………………………………… 2
• 1.2.1 국외 기술동향…………………………………………………………………… 2
• 1.2.2 국내 기술동향…………………………………………………………………… 6
• 1.3 연구의 필요성………………………………………………………………………… 8
• 1.4 연구 목표……………………………………………………………………………… 8
• 제 2 장 Cortex-M 프로세서 ……………………………………………………………… 9
• 2.1 Cortex 프로세서의 종류 …………………………………………………………… 9
• 2.2 Cortex-M3 프로세서 ……………………………………………………………… 10
• 2.2.1 Cortex-M3 프로세서의 특징…………………………………………………… 10
• 2.2.2 Cortex-M3 프로세서의 구성…………………………………………………… 11
• 2.3 CMSIS ………………………………………………………………………………… 14
• 2.3.1 CMSIS 개요 …………………………………………………………………… 14
• 2.3.2 CMSIS 구조 …………………………………………………………………… 15
• 2.4 Cortex-M 기반의 마이크로 컨트롤러…………………………………………… 17
• 2.4.1 TI사의 LM3S811 ……………………………………………………………… 17
• 2.4.2 ST사의 STM32F103VCT6, STM32F107VCT6 ………………………… 19
• 2.4.3 NXP사의 LPC1768 …………………………………………………………… 24
• 제 3 장 제어 및 통신 교육용 보드의 하드웨어 개발…………………………………… 27
• 3.1 TI사의 LM3S811을 이용한 보드 ………………………………………………… 28
• 3.2 ST사의 STM32F103VCT6을 이용한 모바일로봇……………………………… 36
• 3.3 ST사의 STM32F107VCT6을 이용한 보드……………………………………… 49
• 제 4 장 제어 및 통신 교육 보드의 소프트웨어 개발…………………………………… 60
• 4.1 Cortex-M 계열 마이크로컨트롤러의 프로그래밍 방법 ……………………… 60
• 4.1.1 레지스터 직접접근 방식 ……………………………………………………… 60
• 4.1.2 소프트웨어 구동 방식 ………………………………………………………… 61
• 4.1.3 두 방식의 혼용 ………………………………………………………………… 61
• 4.2 레지스터 직접접근 방식과 소프트웨어 구동 방식의 비교 …………………… 61
• 4.3 TI사의 제어 소프트웨어 구현 방법 ……………………………………………… 63
• 4.3.1 GPIO 입출력 프로그램 ………………………………………………………… 64
• 4.3.2 외부 인터럽트 프로그램 ……………………………………………………… 66
• 4.3.3 타이머 프로그램 ………………………………………………………………… 70
• 4.3.4 PWM 프로그램 ………………………………………………………………… 73
• 4.3.5 ADC 프로그램 ………………………………………………………………… 76
• 4.3.6 UART 프로그램 ………………………………………………………………… 78
• 4.4 ST사의 STM32F103, 107 보드 제어 프로그램 ……………………………… 81
• 4.4.1 GPIO 입출력 프로그램 ………………………………………………………… 81
• 4.4.2 외부 인터럽트 프로그램 ……………………………………………………… 84
• 4.4.3 타이머 프로그램 ………………………………………………………………… 87
• 4.4.4 ADC 프로그램 ………………………………………………………………… 91
• 4.4.5 USART 프로그램 ……………………………………………………………… 95
• 4.5 NXP사의 LPC1768 보드 제어 프로그램………………………………………… 98
• 4.5.1 GPIO 입출력 프로그램 ………………………………………………………… 100
• 4.5.2 외부 인터럽트 프로그램 ……………………………………………………… 102
• 4.5.3 타이머 프로그램 ………………………………………………………………… 105
• 4.5.4 MCPWM 프로그램……………………………………………………………… 108
• 4.5.5 ADC 프로그램…………………………………………………………………… 113
• 4.5.6 UART 프로그램 ………………………………………………………………… 116
• 4.6 미들웨어 소프트웨어를 이용한 통신 프로그램 ………………………………… 121
• 4.6.1 USB 통신 ……………………………………………………………………… 122
• 4.6.2 이더넷 통신 …………………………………………………………………… 125
• 제 5 장 결론 ……………………………………