嵌入式系統(tǒng)技術

內容概要

本書是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，是關于嵌入式系統(tǒng)設計、應用技術的最新教程。全書分為上、下兩篇，上篇為理論和技術教材，首先概述了嵌入式系統(tǒng)的基本原理、開發(fā)流程，并介紹了各類軟、硬件設計方法；其次，對典型的32位微處理器體系結構AIRM進行了詳細介紹；下篇為實驗講義，以核心為Freescale Drag—onBall MC9328MXI(ARM920T)處理器的MXIADS為實驗平臺，結合嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)實驗教授實際的開發(fā)經驗。本書概念清晰、圖文并茂，將嵌入式系統(tǒng)的設計理論與軟硬件實現(xiàn)、工程應用很好地結合在一起，具有系統(tǒng)性、先進性和實用性的特點。

作者簡介

　　張曉林，北京航空航天大學通信與電子系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)，獲工學博士學位；現(xiàn)任北京航空航天大學電子信息工程學院教授、博士生導師。航空電子重點實驗室主任、教育部國家集成電路人才培養(yǎng)基地負責人；《電子學報》、《航空學報》、《遙測遙控學刊》編委；中國電子學會理事、教育工作委員會副主任，中國航空學會理事；教育部電子電氣基礎課程教學指導分委員會副主任委員、全國大學生電子設計競賽專家組組長，全國大學生電子設計競賽嵌入式系統(tǒng)競賽專家組組長等。主持完成多項國家級項目，在研制成功的我國首架共軸式雙旋翼無人駕駛直升機科研項目中擔任副總設計師。主要從事信息傳輸與處理、飛行器通信與電子系統(tǒng)、集成電路SOC設計等研究工作?！　?992年被航空航天工業(yè)部授予“有突出貢獻專家”稱號，1992年10月起享受國務院政府特殊津貼。2006年9月被教育部授予“國家級教學名師獎”。

書籍目錄

上篇　第一章　概況　　1.1　嵌入式系統(tǒng)的基本概念　　　1.1.1　嵌入式系統(tǒng)的概念和基本組成　　　1.1.2　嵌入式系統(tǒng)發(fā)展新趨勢和新技術　　1.2　嵌入式處理器　　　1.2.1　馮·諾依曼結構與哈佛結構　　　1.2.2　CISC與RISC　　　1.2.3　流水線技術　　　1.2.4　信息存儲的字節(jié)順序　　　1.2.5　基于ARM架構的嵌入式處理器　　　1.2.6　基于MIPS架構的嵌入式微處理器　　　1.2.7　基于PowerPC架構的嵌入式微處理器　　　1.2.8　數(shù)字信號處理器（DSP）　　　1.2.9　嵌入式微控制單元（MCU）　　　1.2.10　嵌入式SoC　　　1.2.11　嵌入式處理器的發(fā)展趨勢　　1.3　嵌入式系統(tǒng)中的操作系統(tǒng)（EOS）　　　1.3.1　嵌入式Linux操作系統(tǒng)　　　1.3.2　windowsCE操作系統(tǒng)　　　1.3.3　VxWorks操作系統(tǒng)　　　1.3.4　其他嵌入式操作系統(tǒng)　　　1.3.5　嵌入式實時操作系統(tǒng)的發(fā)展前景　　1.4　嵌入式系統(tǒng)的性能評價　　　1.4.1　度量項目　　　1.4.2　評價方法　　　1.4..3　嵌入式系統(tǒng)處理器評估的主要指標　　思考題　第二章　系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的方法　　2.1　嵌入武系統(tǒng)總體設計方案　　　2.1.1　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程及特點　　　2.1.2　嵌入式硬件系統(tǒng)開發(fā)　　　2.1.3　嵌入式軟件系統(tǒng)開發(fā)　　2.2　嵌入式系統(tǒng)中的調試與測試技術　　　2.2.1　嵌入式系統(tǒng)硬件的調試與測試技術　　　2.2.2　嵌入式系統(tǒng)軟件的調試與測試技術　　思考題　第三章　ARM體系結構與編程方法　　3.1　ARM處理器概述　　　3.1.1　ARM處理器特點　　　3.1.2　ARM處理器的版本簡介　　　3.1.3　ARM處理器的應用選型　　3.2　ARM體系結構　　　3.2.1　ARM處理器的工作模式和指令狀態(tài)　　　3.2.2　ARM寄存器　　　3.2.3　ARM體系的異常中斷　　　3.2.4　ARM處理器的尋址方式　　3.3　ARM編程方法　　　3.3.1　ARM指令概述　　　3.3.2　ARM匯編程序設計　　　3.3.3　ARM混合編程　　思考題　第四章　X86體系結構　　4.1　x86的發(fā)展歷程　　4.2　x86體系結構的特點　　　4.2.1　X86的體系組成　　　4.2.2　微處理器的類型和特點　　　4.2.3　主板和芯片組的類型和特點　　　4.2.4　存儲器的類型和特點　　　4.2.5　外部接口的類型和特點　　4.3　x86的指令體系？　　　4.3.1　X86代碼段類型和存儲地址　　　4.3.2　指令的格式　　4.4　x86的發(fā)展趨勢　　思考題　第五章　嵌入式系統(tǒng)中的硬件設計技術　　5.1　嵌入式系統(tǒng)硬件設計概述　　5.2　嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字技術基礎　　　5.2.1　組合邏輯電路基礎　　　5.2.2　時序邏輯電路　　　5.2.3　總線電路及信號驅動　　　5.2.4　電平轉換電路　　　5.2.5　可編程邏輯器件基礎　　5.3　電路硬件設計基礎　　　5.3.1　電路設計　　　5.3.2　PCB電路設計　　5.4　嵌入式系統(tǒng)電源設計技術　　　5.4.1　電源接口技術　　　5.4.2　電源管理技術　　5.5　嵌入式系統(tǒng)中的存儲系統(tǒng)設計　　5.6　嵌入式系統(tǒng)中的總線技術　　　5.6.1　UART與RS-232C　　　5.6.2　USB總線及其體系結構　　　5.6.3　PCI局部總線介紹　　　5.6.4　VME總線　　5.7　EDA技術在嵌入式系統(tǒng)硬件設計中的應用　　　5.7.1　EDA設計技術　　　5.7.2　ESDA技術的基本特征　　　5.7.3　EDA技術的基本設計方法　　5.8　電路可測性設計與抗干擾設計　　　5.8.1　電路測試原理與可測性設計　　　5.8.2　硬件抗干擾設計　　思考題　第六章　嵌入式處理器與SoC設計技術　　6.1　S0c片上系統(tǒng)簡介　　　6.1.1　SoC的定義及特點　　　6.1.2　SoC的結構特點　　　6.1.3　SoC設計簡介　　　6.1.4　SoC的發(fā)展展望　　6.2　處理器的SoC設計　　　6.2.1　主要的設計語言　　　6.2.2　I,eon系列處理器的設計　　思考題　第七章　嵌入式Linux操作系統(tǒng)　　7.1　Linux內核介紹　　　7.1.1　操作系統(tǒng)和內核概述　　　7.1.2　Linux內核特點　　　7.1.3　Linux內核版本　　7.2　Linux進程　　　7.2.1　Linux進程管理　　　7.2.2　Linux進程調度　　7.3　Linux系統(tǒng)調用　　　7.3.1　應用編程接口　　　7.3.2　系統(tǒng)調用　　7.4　Linux中斷機制　　　7.4.1　Linux中斷機制介紹　　　7.4.2　中斷處理上半部　　　7.4.3　中斷處理下半部　　7.5　Linux內核同步機制　　　7.5.1　內核同步基礎　　　7.5.2　內核同步方法　　7.6　Linux內存管理　　　7.6.1　頁和區(qū)　　　7.6.2　slab分配器　　　7.6.3　棧上靜態(tài)內存分配　　7.7　虛擬文件系統(tǒng)　　　7.7.1　文件系統(tǒng)抽象層　　　7.7.2　VFs對象及其數(shù)據結構　　　7.7.3　Linux的文件系統(tǒng)　　思考題　第八章　windRiverVxWorks實時操作系統(tǒng)　　8.1　WindRiyerVxW0rks簡介　　8.2　Vxworks與wind內核　　　8.2.1　實時系統(tǒng)　　　8.2.2　VxWorks實時內核與任務　　8.3　VxWorks的設備驅動程序　　　8.3.1　VxWorks下的設備與設備驅動程序　　　8.3.2　VxWorks下常用設備驅動程序簡要描述　　　8.3.3　VxWorks下中斷處理　　　8.3.4　高速緩存的一致性問題　　8.4　VxWorks的板級支持包　　　8.4.1　VxWorks的板級支持包BSP概述　　　8.4.2　BSP的職責　　8.5　Vxworks啟動過程介紹　　思考題　第九章　嵌入式GUI系統(tǒng)　　9.1　嵌入式GUI系統(tǒng)概述　　　9.1.1　嵌入式GUI的基本特征　　　9.1.2　嵌入式系統(tǒng)常用GUI　　　9.1.3　嵌入式GUI的發(fā)展趨勢　　9.2　嵌入式GUI實現(xiàn)　　　9.2.1　嵌入式GUI總體設計　　　9.2.2　MiniGUI體系結構分析　　　9.2.3　QtopiaCore體系結構分析　　　9.2.4　其他嵌入式GUI　　9.3　關于嵌入式GUI的其他問題　　　9.3.1　多語言支持　　　9.3.2　嵌入式高級圖形窗口處理技術　　　9.3.3　觸摸屏操作　　思考題下篇　實驗一　ARM-Linux開發(fā)工具鏈的建立　　1.1　MXIADS的ARM-Linux開發(fā)工具鏈　　1.2　實驗表單　　1.3　附加說明　實驗二　MXIADS硬件測試實驗　　2.1　背景知識　　　2.1.1　Bootstrap模式　　　2.1.2　程序編寫和測試流程　　2.2　PwM測試實驗　　　2.2.1　PWM背景知識　　　2.2.2　實驗表單　　　2.2.3　附加說明　　2.3　uART測試實驗　　　2.3.1　UAW[’背景知識　　　2.3.2　實驗表單　　　2.3.3　附加說明　　2.4　LcD測試實驗　　　2.4.1　背景知識　　　2.4.2　實驗表單　　　2.4.3　附加說明　實驗三　嵌入式Linux基本實驗　　3.1　Bootloader的編譯和下載　　　3.1.1　背景知識　　　3.1.2　實驗表單　　　3.1.3　附加說明　　3.2　Linux內核配置與編譯　　　3.2.1　背景知識　　　3.2.2　ARM-Linux內核啟動分析　　　3.2.3　實驗表單　　　3.2.4　附加說明　　3.3　基本Linux程序編譯實驗　　　3.3.1　背景知識　　　3.3.2　實驗表單　　3.4　移植MP3播放軟件　　　3.4.1　背景知識　　　3.4.2　實驗表單　　　3.4.3　附加說明　實驗四　Qt／Embedded程序設計　　4.1　嵌入式GuI簡介　　4.2　Qt的分析與移植　　　4.2.1　Qt的基本概念和特點　　　4.2.2　QtEmbedded的應用程序開發(fā)　　4.3　基于Qt／Embedded的實驗　　　4.3.1　基于Qt的Hello　World實驗　　　4.3.2　簡單的正弦波動畫演示程序　　　4.3.3　基于Qt／Embedded的串口通信程序　實驗五　嵌入式Linux驅動程序　　5.1　引言　　5.2　基礎知識　　　5.2.1　Linux驅動程序簡介　　　5.2.2　設備的分類　　　5.2.3　內核模塊基本實現(xiàn)函數(shù)介紹　　5.3　Linux串口驅動程序　　　5.3.1　終端設備和控制臺　　　5.3.2　代碼分析　　5.4　MXIADS的12C驅動程序　　　5.4.1　MXIADS上的12C總線　　　5.4.2　MC9328MXl中的12C模塊編程模型　　　5.4.3　12C總線驅動與基于12C總線的設備驅動　　　5.4.4　MC9328MXl的12C總線驅動程序　　　5.4.5　12C設備驅動程序的設計　　5.5　Framebuffer驅動程序　　　5.5.1　Framebuffer　　　5.5.2　Framebuffer驅動程序　　　5.5.3　向內核添加Framebuffer設備　　　5.5.4　測試Framebuffer設備驅動程序　　5.6　觸摸屏驅動程序設計　　　5.6.1　觸摸屏的基本工作原理　　　5.6.2　觸摸屏驅動程序　　5.7　實驗表單　　5.8　附加說明　實驗六　SDL圖形編程　　6.1　引言　　6.2　基礎知識　　　6.2.1　子系統(tǒng)的功能　　　6.2.2　SDI.編程示例　　6.3　實驗表單　　6.4　附加說明　實驗七　VoIP語音通信實驗　　7.1　引言　　7.2　基礎知識　　　7.2.1　VoIP的技術特點　　　7.2.2　VoIP的基本傳輸過程　　　7.2.3　VoIP協(xié)議體系　　　7.2.4　基于OpenH323的VoIP系統(tǒng)實現(xiàn)方案　　7.3　VoIP協(xié)議棧及語音通信應用程序的移植實現(xiàn)　　　7.3.1　系統(tǒng)庫移植　　　7.3.2　網絡庫移植　　　7.3.3　音頻庫移植　　　7.3.4　跨平臺的應用程序PWlib庫的移植　　　7.3.5　OpenH323移植　　7.4　VoIP語音通信試驗的驗證　　7.5　實驗表單　　7.6　附加說明　實驗八　Linux根文件系統(tǒng)的移植　　8.1　引言　　8.2　基礎知識　　　8.2.1　Linux文件系統(tǒng)簡介　　　8.2.2　Linux文件類型　　　8.2.3　Linux文件系統(tǒng)目錄結構　　　8.2.4　基于Flash的文件系統(tǒng)類型簡介　　8.3　根文件系統(tǒng)在嵌入式系統(tǒng)中的移植　　　8.3.1　內核配置　　　8.3.2　必要的頂層根文件系統(tǒng)目錄創(chuàng)建　　　8.3.3　應用程序鏈接庫／lib的創(chuàng)建　　　8.3.4　設備文件的創(chuàng)建　　　8.3.5　主要的系統(tǒng)命令集創(chuàng)建　……附錄英文縮略語對照表參考文獻　

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   5.2.3 總線電路及信號驅動 嵌入式計算機的總線系統(tǒng)提供微處理器、存儲器及I／O設備之間的數(shù)據交換機制。要將存儲器和其他外圍設備加入到系統(tǒng)中，只需要將它們連接到總線系統(tǒng)上，并加入必要的解碼邏輯電路即可。總線系統(tǒng)是由CPU控制的，CPU把設備的地址放到地址總線上，再把總線控制信號放到控制總線上，設置數(shù)據傳送方向和定時控制方法，從而實現(xiàn)CPU通過數(shù)據總線對設備的讀寫操作。 1.總線 總線實際上就是一組通信線路，在同一時刻，每條通信線路上能夠傳輸一位用二進制表示的0或1信號；在某一時間段內，每條通信線路可以傳輸一系列的二進制數(shù)字信號。如果一條總線上包含多條通信線路，可以同時傳送多個二進制信號，則稱該總線為并行總線。如果一條總線上只包括用于接收和發(fā)送的1～2條通信線路，每次只傳送一位二進制數(shù)據，則稱該總線為串行總線。按總線所傳送的信息類型可分為地址總線、數(shù)據總線和控制總線。 總線的性能由以下幾個方面表示。 ①總線帶寬：表示單位時間內，總線所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據量，一般用MBps表示。 ②總線寬度：通常把一條總線所包括的通信線路的數(shù)目的多少稱為總線寬度?？偩€寬度通常有8、16、32、64位之分。在總線工作頻率一定的條件下，單位時間內總線傳輸數(shù)據量與總線寬度成正比。 ③總線的單元時鐘頻率：對于同步總線，采用統(tǒng)一的時鐘脈沖作為總線定時基準?？偩€的時鐘頻率越高，總線上的數(shù)據操作越快。 ④總線的負載能力：指總線上可連接模塊的最大數(shù)目。 由于數(shù)據總線是雙向的，可以連接多個設備，如同時連接ROM和RAM，這時就存在總線沖突的可能性、。如果兩個設備正好同時把數(shù)據放到總線上，就可能發(fā)生總線沖突（Bus Collision）。總線沖突意味著兩個設備的輸出連到了一起，如果十個設備輸出是高電子，而另外一個設備輸出是低電平，那么在電源和地之間就會出現(xiàn)導通現(xiàn)象，使兩個設備中的一個處于失效。因此，只有具有三態(tài)輸出的設備才能夠連接到數(shù)據總線上。當連接到總線上的設備不使用總線時，總線處于高阻狀態(tài)，此時設備在物理上與總線“斷開”，設備不能夠向總線發(fā)送信息，以避免干擾總線的正常操作，同時設備也不作為總線的負載，為總線可靠傳輸信息創(chuàng)造有利條件。 2.三態(tài)門 三態(tài)門（ST門）主要用于多個門輸出共享數(shù)據總線。為避免多門輸出同時占用數(shù)據總線，這些門的使能信號（EN）中只允許有一個為有效電平（如高電平），由于三態(tài)門的輸出是推拉式的[低阻輸出，且不需接上拉（負載）電阻，所以開關速度比集電極開路的門電路（Open ColecterGate，OC門）快，常用三態(tài)門為輸出緩沖器。

編輯推薦

《普通高等教育"十一五"國家級規(guī)劃教材:嵌入式系統(tǒng)技術》知識覆蓋面寬，適用范圍廣，可作為理工類院校相關專業(yè)的本科生和研究生教材，對于嵌入式系統(tǒng)設計領域的技術人員也具有一定的參考價值。

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