嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)一直以來是大學(xué)生認(rèn)為非常難學(xué)的課程，但從一個(gè)專業(yè)人員和教師的角度來看，該門課程的入門其實(shí)是很容易的。那么學(xué)生對(duì)該門課程的難易看法為什么會(huì)相差這么大呢？根據(jù)作者這幾年授課的過程來看，主要有這樣幾個(gè)問題：1）學(xué)生先人為主的看法，認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是和硬件相關(guān)的課程，這樣的課程都很難學(xué)，如微機(jī)原理一般，持這種看法的學(xué)生主要是專業(yè)方向偏軟件，凡是對(duì)硬件相關(guān)的課程都會(huì)有一定的心理畏懼。2）沒有良好的實(shí)踐環(huán)節(jié)支撐。這個(gè)問題也是困擾嵌入式課程教學(xué)的一個(gè)難題，因?yàn)楝F(xiàn)在學(xué)校的規(guī)模太大，很多實(shí)驗(yàn)設(shè)施和師資跟不上，無法針對(duì)學(xué)生的具體情況和當(dāng)前的嵌入式發(fā)展進(jìn)行對(duì)應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)工作，導(dǎo)致該門課程多半時(shí)間花在理論教學(xué)上，學(xué)生對(duì)一些基本的實(shí)踐過程和操作難以理解。作者出于這兩個(gè)原因，針對(duì)當(dāng)前大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生在硬件方面偏弱的特點(diǎn)，將學(xué)習(xí)重點(diǎn)落在實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)軟件操作，本書用兩章的篇幅針對(duì)ARM的體系結(jié)構(gòu)作一些說明，更多地介紹軟件體系、嵌入式軟件開發(fā)與常規(guī)的PC軟件開發(fā)的不同，從而將學(xué)生從較熟悉的PC軟件開發(fā)自然過渡到嵌入式軟件開發(fā)中。畢竟從本質(zhì)上說，嵌入式軟件開發(fā)與Pc軟件開發(fā)并沒有很大的不同。作者建議在教學(xué)過程中，不強(qiáng)調(diào)某一類具體的開發(fā)平臺(tái)，而是強(qiáng)調(diào)共性開發(fā)和理念的轉(zhuǎn)移。

內(nèi)容概要

本書作為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本教程，全面地闡述了嵌入式系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)及其應(yīng)用設(shè)計(jì)的基本方法和過程。本書從嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程開始，以ARM處理器為為藍(lán)本介紹嵌入式系統(tǒng)的硬件原理，然后介紹了操作系統(tǒng)原理，并用μClinux、μC/OS-Ⅱ和Windows CE介紹了廣泛應(yīng)用的嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)，最后用MIPS的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)介紹了嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的步驟和方法。?    本書可以作為高等院校的電子工程類、計(jì)算機(jī)類、自動(dòng)化類等專業(yè)的本科生以及相關(guān)專業(yè)的研究生教材，亦可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

出版說明前言第1章  緒論  1.1  嵌入式系統(tǒng)概述    1.1.1  嵌入式系統(tǒng)的概念    1.1.2  嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展    1.1.3  嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)    1.1.4  嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用  1.2  嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具簡介    1.2.1  ADS    1.2.2  RVDS    1.2.3  EVC  1.3  小結(jié)  1.4  習(xí)題第2章  ARM處理器  2.1  ARM處理器概述    2.1.1  ARM微處理器系列    2.1.2  ARM微處理器結(jié)構(gòu)    2.1.3  ARM微處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域  2.2  ARM微控制器的體系結(jié)構(gòu)    2.2.1  ARM7微處理器的結(jié)構(gòu)    2.2.2  ARM9微處理器的結(jié)構(gòu)    2.2.3  ARM其他處理器的結(jié)構(gòu)    2.2.4  ARM的存儲(chǔ)器    2.2.5  ARM的片上總線  2.3  小結(jié)  2.4  習(xí)題第3章  ARM處理器及匯編語言  3.1  ARM微處理器的編程模型    3.1.1  ARM微處理器的工作狀態(tài)    3.1.2  ARM微處理器的指令長度及數(shù)據(jù)類型    3.1.3  ARM微處理器的存儲(chǔ)格式    3.1.4  ARM微處理器的運(yùn)行模式    3.1.5  ARM微處理器的寄存器    3.1.6  ARM微處理器的異常  3.2  ARM微處理器的指令系統(tǒng)    3.2.1  ARM微處理器指令的尋址方式    3.2.2  ARM微處理器的指令集  3.3  ARM匯編語言    3.3.1  ARM匯編語言的語句格式    3.3.2  偽指令    3.3.3  匯編語言的程序結(jié)構(gòu)  3.4  小結(jié)  3.5  習(xí)題第4章  嵌入式 C/C++ 編程  4.1  嵌入式C/C++概述  4.2  嵌入式C/C++編程模式    4.2.1  軟件架構(gòu)    4.2.2  內(nèi)存操作    4.2.3  高效的C語言編程  4.3  ARM微處理器的C/C++編程    4.3.1  ARM C++編譯器及語言庫介紹    4.3.2  實(shí)驗(yàn)——串行端口程序設(shè)計(jì)  4.4  小結(jié)  4.5  習(xí)題第5章  操作系統(tǒng)  5.1  操作系統(tǒng)概述    5.1.1  操作系統(tǒng)簡介    5.1.2  操作系統(tǒng)的相關(guān)概念  5.2  嵌入式操作系統(tǒng)    5.2.1  嵌入式操作系統(tǒng)簡介    5.2.2  嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)  5.3  小結(jié)  5.4  習(xí)題第6章  μClinux  6.1  簡介  6.2  μClinux    6.2.1  μClinux的特點(diǎn)    6.2.2  μClinux的內(nèi)核    6.2.3  μClinux的模塊    6.2.4   μClinux 內(nèi)核運(yùn)行方式    6.2.5   μClinux針對(duì)實(shí)時(shí)性的解決方案    6.2.6   μClinux的開發(fā)環(huán)境  6.3  μClinux的移植  6.4  本章小結(jié)  6.5  習(xí)題第7章  μC/OS?Ⅱ操作系統(tǒng)基礎(chǔ)及移植  7.1  μC/OS?Ⅱ簡介  7.2  μC/OS?Ⅱ基礎(chǔ)內(nèi)容    7.2.1  μC/OS?Ⅱ的特點(diǎn)    7.2.2  μC/OS?Ⅱ的模塊    7.2.3  μC/OS?Ⅱ的內(nèi)核  7.3  基于ARM的μC/OS?Ⅱ操作系統(tǒng)移植    7.3.1  μC/OS?Ⅱ的移植內(nèi)容    7.3.2  OS_CPU.H的移植    7.3.3  OS_CPU_C.C的移植    7.3.4  OS_CPU_A.S(OS_CPU_A.ASM)的移植  7.4  小結(jié)  7.5  習(xí)題第8章  Windows CE  8.1  Windows CE的體系結(jié)構(gòu)    8.1.1  Windows Embedded CE 6.0的總體結(jié)構(gòu)    8.1.2  Windows Embedded CE 6.0的各模塊簡介  8.2  Windows CE的發(fā)展歷程  8.3  Windows Embedded CE 6.0    8.3.1  Windows Embedded CE 6.0的特點(diǎn)    8.3.2  開發(fā)平臺(tái)    8.3.3  BSP的克隆    8.3.4  應(yīng)用程序的調(diào)試  8.4  小結(jié)  8.5  習(xí)題第9章  基于MIPS的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)  9.1  應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述  9.2  按應(yīng)用要求的概念性設(shè)計(jì)    9.2.1  嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟    9.2.2  嵌入式系統(tǒng)的硬、軟件協(xié)同設(shè)計(jì)  9.3  基于MIPS的Linux內(nèi)核裁剪與編譯    9.3.1  Linux內(nèi)核的裁剪與編譯    9.3.2  具體的裁剪與編譯過程  9.4  基于MIPS處理器的路由器功能設(shè)計(jì)    9.4.1  MIPS簡介    9.4.2  UP?MIPS5000開發(fā)板功能和特點(diǎn)    9.4.3  實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建    9.4.4  Zebra的移植  9.5  小結(jié)  9.6  習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（2）專用性強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的個(gè)性化很強(qiáng)，其中的軟件系統(tǒng)和硬件結(jié)合得非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植。即使是同一品牌、同一系列的產(chǎn)品也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷地進(jìn)行修改。同時(shí)針對(duì)不同的任務(wù)，往往需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較大的更改，程序的編譯下載要與系統(tǒng)相結(jié)合，這種修改與通用軟件的“升級(jí)”是完全不同的概念。（3）系統(tǒng)精簡嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過于復(fù)雜，這樣既有利于控制系統(tǒng)成本，也有利于系統(tǒng)安全。4）高實(shí)時(shí)性O(shè)S  這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲(chǔ)，以提高速度，軟件代碼要求高質(zhì)量、高可靠性和實(shí)時(shí)性。（5）嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)，直接在芯片上運(yùn)行。為了合理地調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及與專家?guī)旌瘮?shù)的接口，用戶必須自行選配實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real—Fime Operating System，RTOS）開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性，并減少開發(fā)時(shí)間，保障軟件質(zhì)量。（6）嵌入式系統(tǒng)需要開發(fā)工具和環(huán)境由于本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計(jì)完成以后，用戶通常也不能對(duì)其中的程序功能進(jìn)行修改，而必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。這些工具和環(huán)境一般是基于通用計(jì)算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號(hào)示波器等。開發(fā)時(shí)往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)，開發(fā)時(shí)需要交替結(jié)合進(jìn)行。

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