嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)

前言

嵌入式技術(shù)是在自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，是計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)分支。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用無(wú)處不在，尤其體現(xiàn)于信息家電、汽車(chē)電子、消費(fèi)類電子、航空航天等應(yīng)用領(lǐng)域。 伴隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各高校陸續(xù)開(kāi)設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)”的相關(guān)課程，介紹微控制器與微處理器的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用。然而，現(xiàn)有嵌入式教材，有的偏重于結(jié)構(gòu)、原理的闡述，比較抽象，學(xué)生難于掌握和應(yīng)用；有的側(cè)重闡述某一個(gè)具體的微控制器或微處理器應(yīng)用方法，缺少嵌入式系統(tǒng)的一般知識(shí)與原理，讀者難以舉一反三。據(jù)此，編者精心組織編寫(xiě)了本書(shū)，以利于教學(xué)和應(yīng)用。 內(nèi)容安排上，全書(shū)共分12章，分別介紹了嵌入式系統(tǒng)的基本概念、嵌入式系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方法、嵌入式系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)等。在嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)部分，重點(diǎn)闡述了硬件的整體設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)設(shè)備、接口和I/O設(shè)備等。在嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，重點(diǎn)闡述了嵌入式操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、中斷和異常的處理、定時(shí)服務(wù)、軟件設(shè)計(jì)中的普遍問(wèn)題等。 敘述方法上，各章首先介紹了相應(yīng)知識(shí)模塊的基本原理，然后通過(guò)實(shí)例設(shè)計(jì)來(lái)闡述相應(yīng)的實(shí)踐應(yīng)用，這種敘述方法最大限度地使讀者易于掌握嵌入式原理及其應(yīng)用。此外，本書(shū)的案例均是作者多年科研實(shí)踐的項(xiàng)目總結(jié)，具有很強(qiáng)的工程實(shí)用性。 本書(shū)的讀者對(duì)象為高年級(jí)本科生、研究生和從事嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員。 本書(shū)由多位教師合力完成，吳國(guó)偉撰寫(xiě)了第1、2、8、9章，徐子川撰寫(xiě)了第3、4、10、11章，姚琳撰寫(xiě)了第5、6、7、12章；郭禾教授對(duì)全書(shū)進(jìn)行了審讀。

內(nèi)容概要

　　《嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》深入而全面地論述了嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)方法。主要內(nèi)容包括：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程、硬件設(shè)計(jì)（基礎(chǔ)電路、存儲(chǔ)設(shè)備、接口及I/O設(shè)備）、軟件設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)與方法、異常和中斷）、定時(shí)器和定時(shí)器服務(wù)、內(nèi)存管理、軟件設(shè)計(jì)的常見(jiàn)問(wèn)題等?！　　肚度胧较到y(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》重點(diǎn)突出，層次分明，注重知識(shí)的系統(tǒng)性和先進(jìn)性；注重理論與實(shí)踐的聯(lián)系，以實(shí)例應(yīng)用來(lái)闡述相關(guān)知識(shí)模塊，有利于培養(yǎng)工程應(yīng)用能力。另外，《嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》還配有完整的電子課件，便于教學(xué)。　　《嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》可作為普通高等院校電子信息工程、通信工程、軟件工程、電氣工程、自動(dòng)化等專業(yè)的高年級(jí)本科生與研究生教材，也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考用書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第1章 嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1 嵌入式系統(tǒng)的基本概念1.1.1 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的定義和特點(diǎn)1.1.3 嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展1.2 嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)1.3 嵌入式處理器1.3.1 嵌入式處理器分類1.3.2 典型嵌入式處理器介紹1.3.3 嵌入式處理器選型原則1.4 嵌入式操作系統(tǒng)1.4.1 概述1.4.2 典型的嵌入式操作系統(tǒng)1.5 嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法1.6 嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)思考題第2章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 統(tǒng)一建模語(yǔ)言UML2.1.1 UML概述2.1.2 UML的發(fā)展歷史2.1.3 UML基本元素2.2 需求2.2.1 需求信息的獲取2.2.2 需求定義2.3 規(guī)格說(shuō)明2.4 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.5 設(shè)計(jì)硬件構(gòu)件和軟件構(gòu)件思考題第3章 嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)——電路3.1 嵌入式硬件基礎(chǔ)3.1.1 電路原理圖閱讀與繪制3.1.2 印制電路板的基礎(chǔ)知識(shí)3.2 電路設(shè)計(jì)示例：復(fù)位電路設(shè)計(jì)3.2.1 基本復(fù)位電路3.2.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)3.2.3 復(fù)位芯片的選擇3.2.4 復(fù)位電路的調(diào)試思考題第4章 嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)——存儲(chǔ)設(shè)備4.1 存儲(chǔ)設(shè)備概述4.1.1 存儲(chǔ)器的基本概念4.1.2 存儲(chǔ)器的作用4.1.3 存儲(chǔ)設(shè)備的分類4.1.4 存儲(chǔ)器系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)4.1.5 存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)4.1.6 存儲(chǔ)器的基本構(gòu)成4.2 常用存儲(chǔ)器4.2.1 IC卡4.2.2 CF卡4.2.3 MMC卡4.2.4 SD卡4.2.5 TF卡4.2.6 工業(yè)電子盤(pán)4.2.7 U盤(pán)4.3 存儲(chǔ)器件的選擇思考題第5章 嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)——接口及I/O設(shè)備5.1 接口5.1.1 概述5.1.2 常用接口5.2 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器5.3 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器5.3.1 概述5.3.2 A/D和D/A轉(zhuǎn)換原理5.4 鍵盤(pán)5.4.1 概述5.4.2 鍵盤(pán)原理5.5 顯示器5.5.1 CRT顯示器5.5.2 液晶顯示器5.5.3 發(fā)光二極管顯示器5.5.4 等離子顯示器5.5.5 顯示器的驅(qū)動(dòng)方式5.5.6 設(shè)計(jì)實(shí)例：大屏幕LED顯示屏的設(shè)計(jì)5.6 觸摸屏5.6.1 概述5.6.2 觸摸屏分類5.7 I/O性能思考題第6章 嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)與方法6.1 嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)6.1.1 概述6.1.2 板級(jí)支持包BSP6.1.3 輪轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)6.1.4 帶有中斷的輪轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)6.1.5 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.1.6 嵌入式軟件結(jié)構(gòu)的選擇6.2 軟件開(kāi)發(fā)工具6.2.1 宿主機(jī)與目標(biāo)機(jī)6.2.2 嵌入式系統(tǒng)的定位器6.2.3 調(diào)試技術(shù)6.3 軟件的設(shè)計(jì)方法6.3.1 無(wú)嵌入式操作系統(tǒng)6.3.2 有嵌入式操作系統(tǒng)思考題第7章 嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)——設(shè)計(jì)范型與編程7.1 嵌入式系統(tǒng)軟件的范型7.1.1 范型7.1.2 兩種范型7.2 編程模型7.2.1 數(shù)據(jù)流圖7.2.2 控制/數(shù)據(jù)流圖7.3 程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及基本編譯技術(shù)7.3.1 語(yǔ)句翻譯7.3.2 過(guò)程7.3.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)7.3.4 表達(dá)式簡(jiǎn)化7.3.5 死代碼清除7.3.6 過(guò)程內(nèi)嵌7.3.7 循環(huán)變換7.3.8 寄存器分配7.3.9 指令選擇7.3.1 0理解并使用編譯程序7.3.1 1解釋程序與適時(shí)編譯程序7.4 程序的質(zhì)量保證和測(cè)試思考題第8章 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)——嵌入式操作系統(tǒng)8.1 概述8.1.1 基本概念8.1.2 內(nèi)核8.1.3 可裁剪性8.2 嵌入式操作系統(tǒng)的服務(wù)8.2.1 消息隊(duì)列、信箱和管道8.2.2 定時(shí)器服務(wù)8.2.3 事件8.2.4 存儲(chǔ)管理8.2.5 中斷服務(wù)8.3 嵌入式操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)8.3.1 多進(jìn)程多線程設(shè)計(jì)8.3.2 進(jìn)程間通信8.3.3 進(jìn)程的功率優(yōu)化策略8.4 調(diào)度器8.4.1 可調(diào)度實(shí)體8.4.2 多任務(wù)8.4.3 上下文切換8.4.4 調(diào)度算法8.4.5 μC/OSII任務(wù)調(diào)度8.4.6 Linux任務(wù)調(diào)度8.5 性能問(wèn)題8.6 設(shè)計(jì)實(shí)例：嵌入式Linux中的進(jìn)程管理8.7 完全公平調(diào)度算法8.7.1 概述8.7.2 CFS原理8.8 Linux在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)時(shí)調(diào)度算法改進(jìn)8.8.1 概述8.8.2 Linux實(shí)時(shí)性改造8.8.3 RTLinux和RTAI思考題第9章 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)——異常和中斷9.1 異常和中斷的基本概念9.2 異常的分類和優(yōu)先級(jí)9.2.1 異常的分類9.2.2 異常和中斷的優(yōu)先權(quán)9.3 可編程中斷控制器9.4 異常和中斷的處理9.4.1 異常和中斷處理程序的安裝9.4.2 保存處理器狀態(tài)9.4.3 裝入和調(diào)用異常處理程序9.5 ARM異常中斷機(jī)制9.5.1 概述9.5.2 ARM的異常中斷響應(yīng)過(guò)程9.5.3 ARM異常中斷優(yōu)先級(jí)9.5.4 中斷控制寄存器9.6 嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)中斷的支持9.6.1 嵌入式Linux對(duì)異常和中斷的處理9.6.2 μC/OSII異常和中斷的處理9.6.3 WinCE異常和中斷的處理9.7 中斷編程實(shí)例9.7.1 中斷編程模式9.7.2 中斷編程過(guò)程思考題第10章 定時(shí)器和定時(shí)器服務(wù)10.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘和系統(tǒng)時(shí)鐘10.2 可編程間隔定時(shí)器10.3 定時(shí)器中斷服務(wù)例程10.4 軟定時(shí)器操作和相關(guān)問(wèn)題處理10.5 設(shè)計(jì)實(shí)例：S3C2410的可編程間隔定時(shí)器應(yīng)用10.5.1 實(shí)時(shí)時(shí)鐘部件10.5.2 Timer部件10.5.3 看門(mén)狗定時(shí)器思考題第11章 嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的內(nèi)存管理11.1 概述11.1.1 嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)存管理的特點(diǎn)11.1.2 嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存管理的要求11.1.3 內(nèi)存分配方案11.1.4 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的內(nèi)存模式11.1.5 內(nèi)存碎片11.2 常用內(nèi)存分配算法11.2.1 最先匹配算法11.2.2 伙伴算法11.3 典型嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中內(nèi)存管理11.3.1 μC/OSII的內(nèi)存管理11.3.2 VxWorks的內(nèi)存管理11.3.3 WinCE的內(nèi)存管理思考題第12章 嵌入式軟件設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題12.1 同步與通信12.1.1 資源同步12.1.2 評(píng)估關(guān)鍵段12.1.3 解決方案12.1.4 應(yīng)用實(shí)例：Linux信號(hào)量接口的應(yīng)用12.2 死鎖及其處理12.2.1 死鎖檢測(cè)12.2.2 死鎖恢復(fù)12.2.3 死鎖避免和死鎖預(yù)防12.2.4 應(yīng)用實(shí)例：銀行家算法12.3 優(yōu)先級(jí)倒置12.3.1 資源共享引發(fā)的問(wèn)題12.3.2 優(yōu)先級(jí)倒置技術(shù)12.3.3 兩種優(yōu)先級(jí)倒置方案12.4 堆棧溢出思考題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：當(dāng)今，嵌入式處理器的發(fā)展迅速，處理速度也不斷提升。用戶對(duì)嵌入式系統(tǒng)的需求也越來(lái)越高，簡(jiǎn)單的無(wú)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些要求。因此，嵌入式操作系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)今嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的主要內(nèi)容。本章，我們從最基本的嵌入式操作系統(tǒng)的概念講起，詳細(xì)講解嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)理。通過(guò)閱讀本章，讀者可以對(duì)操作系統(tǒng)原理以及基于操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)有一個(gè)全面的了解。8.1 概述8.1.1 基本概念由于硬件的限制，在使用微控制器設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的初期，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師得到的只有系統(tǒng)的“裸機(jī)”，沒(méi)有任何類似操作系統(tǒng)的軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)CPU、RAM等這些硬件資源的管理工作都必須由程序員自己編寫(xiě)程序來(lái)解決，程序設(shè)計(jì)人員十分辛苦，并且使應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)效率極低，所以當(dāng)時(shí)從事嵌入式開(kāi)發(fā)的人員就期望有一個(gè)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)軟件?，F(xiàn)在，由于技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，單片系統(tǒng)硬件的規(guī)模越來(lái)越大，功能越來(lái)越強(qiáng)，從而給運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)提供了硬件保障，于是就出現(xiàn)了很多具有不同特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域的操作系統(tǒng)。這些支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，但也有自己的特點(diǎn)。由于嵌入式系統(tǒng)的硬件具有特殊性，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜且開(kāi)發(fā)手段特殊，使嵌入式操作系統(tǒng)與普通的操作系統(tǒng)有著很大的不同。

編輯推薦

《嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》：教育部-英特爾精品課程，“教育部高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)”資助項(xiàng)目(TS2120)《嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》系統(tǒng)論述嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式硬件設(shè)計(jì)方法（存儲(chǔ)設(shè)備、I／O接口等）、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法（軟件結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)范型、異常和中斷處理、內(nèi)存管理等）、嵌入式軟硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用中的普遍問(wèn)題和解決方法，并將工程實(shí)踐中得到的經(jīng)驗(yàn)以案例形式介紹給讀者，全書(shū)凝聚了作者多年的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)和科研的經(jīng)驗(yàn)、案例與思想?！肚度胧较到y(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》特色：知識(shí)的系統(tǒng)性和先進(jìn)性，系統(tǒng)和全面介紹了嵌入式設(shè)計(jì)的原理，并融合了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的最新發(fā)展和成果的介紹。理論和實(shí)踐聯(lián)系緊密，以實(shí)際應(yīng)用案例來(lái)闡述相關(guān)理論知識(shí)模塊，原理知識(shí)指導(dǎo)解決設(shè)計(jì)實(shí)踐中的問(wèn)題；并總結(jié)了嵌入式設(shè)計(jì)中普遍存在的典型問(wèn)題及解決方法?！肚度胧较到y(tǒng)原理與設(shè)計(jì)》是大連理工大學(xué)校級(jí)精品課指定教材。主要涵蓋內(nèi)容：嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)－電路嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)－存儲(chǔ)設(shè)備嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)－接口及I／O設(shè)備嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)－結(jié)構(gòu)與方法嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)－設(shè)計(jì)范型與編程嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)－嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)－異常與中斷定時(shí)器和定時(shí)器服務(wù)嵌入式設(shè)計(jì)中的典型問(wèn)題及解決方法

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