嵌入式系統(tǒng)原理與開發(fā)

前言

嵌入式技術(shù)是繼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，又一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展方向。嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)軟件與硬件的完美結(jié)合，廣泛地應(yīng)用于手持設(shè)備、信息家電、儀器儀表、汽車電子、醫(yī)療儀器、工業(yè)控制、航天航空等各個(gè)領(lǐng)域，并嵌入在各類設(shè)備之中，起著核心作用。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無處不在，嵌入式人才主要分為兩大類：一類是嵌入式硬件工程師，主要從事嵌入式系統(tǒng)硬件研發(fā)，包括硬件系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)、PCB印制電路板的設(shè)計(jì)，開發(fā)與硬件相關(guān)的底層軟件（如BootLoader、嵌入式驅(qū)動(dòng)程序等）；另一類是嵌入式軟件工程師，主要從事嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的開發(fā)，如果對(duì)嵌入式硬件原理和接口技術(shù)有較好的掌握，也可以從事嵌入式系統(tǒng)底層程序的開發(fā)。在嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程中，建議讀者抓住“七個(gè)一”來學(xué)習(xí)：一個(gè)體系結(jié)構(gòu)、一款微處理器、一款開發(fā)板、一種操作系統(tǒng)、一種驅(qū)動(dòng)程序、一類開發(fā)環(huán)境、一類開發(fā)方法。實(shí)際上，雖然說嵌入式系統(tǒng)紛雜繁多，但是都符合“七個(gè)一”的組織結(jié)構(gòu)。因此，只要讀者能夠獨(dú)立地、完整地開發(fā)出一款嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品，就能夠掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)，那么在以后的實(shí)際工作中，不論遇到何種嵌入式系統(tǒng)，都能夠獨(dú)立開發(fā)了。一個(gè)嵌入式系統(tǒng)必定是由嵌入式硬件和嵌入式軟件組成；嵌入式硬件主要包括嵌入式處理器、外設(shè)控制器、接口電路等；嵌入式軟件主要包括啟動(dòng)程序、嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的硬件核心；嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式軟件的核心。

內(nèi)容概要

《嵌入式系統(tǒng)原理與開發(fā)》基于“七個(gè)一”嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)方案：一個(gè)體系結(jié)構(gòu)、一款微處理器、一款開發(fā)板、一種操作系統(tǒng)、一種驅(qū)動(dòng)程序、一類開發(fā)環(huán)境、一類開發(fā)方法。優(yōu)選了ARM體系結(jié)構(gòu)、基于ARM7TDMI的S3C44B0X處理器、μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)、RVDS開發(fā)環(huán)境，由淺入深地對(duì)其逐一詳細(xì)分析和研究，最終引導(dǎo)讀者自己獨(dú)立設(shè)計(jì)一款具有豐富外部接口的開發(fā)板、編寫B(tài)ootLoader、移植μC/OS-Ⅱ和開發(fā)主要驅(qū)動(dòng)程序，全面地完成一款開發(fā)板軟硬件的研發(fā)。
《嵌入式系統(tǒng)原理與開發(fā)》強(qiáng)調(diào)“All in One”。一書貫通、速成高手！第1章對(duì)嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)行了較全面地概述；第2章和第3章詳細(xì)介紹了ARM處理器技術(shù)和ARM指令系統(tǒng)；第4章討論了ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)方法并給出了設(shè)計(jì)實(shí)例；第5章詳細(xì)分析了μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系統(tǒng)；第6章介紹了S3C44B0X微處理器并給出了寄存器的配置方法；第7章基于S3C44B0X設(shè)計(jì)了一款多功能開發(fā)板；第8章基于自己設(shè)計(jì)的開發(fā)板詳細(xì)介紹了軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)。
《嵌入式系統(tǒng)原理與開發(fā)》適合于作高等學(xué)校計(jì)算機(jī)類、電子信息類、儀器儀表類本科生教材，也可供從事基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

序前言第1章 嵌入式系統(tǒng)概述11.1 嵌入式系統(tǒng)的概念11.1.1 嵌入式系統(tǒng)定義11.1.2 嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)21.2 嵌入式系統(tǒng)分類41.3 嵌入式系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)51.4 嵌入式處理器簡(jiǎn)介81.4.1 嵌入式處理器分類81.4.2 嵌入式微處理器91.4.3 嵌入式微控制器91.4.4 嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器101.4.5 嵌入式片上系統(tǒng)101.5 嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介101.5.1 嵌入式操作系統(tǒng)發(fā)展111.5.2 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)111.5.3 嵌入式操作系統(tǒng)選型121.5.4 幾種嵌入式操作系統(tǒng)比較131.6 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程14.1.6.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)模式151.6.2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程161.7 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用16第2章 ARM處理器192.1 ARM系列處理器概述192.1.1 ARM系列處理器術(shù)語192.1.2 ARM處理器體系結(jié)構(gòu)212.1.3 ARM處理器產(chǎn)品系列222.1.4 ARM處理器技術(shù)進(jìn)展232.1.5 ARM處理器組成結(jié)構(gòu)272.2 ARM處理器的寄存器文件292.2.1 ARM處理器的工作狀態(tài)292.2.2 ARM處理器的工作模式302.2.3 ARM狀態(tài)下寄存器組織312.2.4 Thumb狀態(tài)下寄存器組織342.3 ARM處理器的異常與中斷362.4 ARM處理器的流水線結(jié)構(gòu)402.4.1 ARM流水線概述402.4.2 ARM7的3級(jí)流水線402.5 ARM處理器的存儲(chǔ)器組織412.5.1 ARM存儲(chǔ)器的層次422.5.2 ARM存儲(chǔ)器的管理442.5.3 ARM非對(duì)齊的存儲(chǔ)訪問操作452.6 ARM處理器的片上總線462.6.1 AMBA簡(jiǎn)介462.6.2 AHB簡(jiǎn)介472.6.3 ASB簡(jiǎn)介482.6.4 APB簡(jiǎn)介482.7 ARM處理器的指令體系結(jié)構(gòu)48第3章 ARM指令系統(tǒng)503.1 ARM指令集概述503.2 ARM尋址方式543.3 ARM數(shù)據(jù)處理指令593.4 ARMLoad/Store指令673.5 ARM程序狀態(tài)寄存器傳送指令713.6 ARM轉(zhuǎn)移指令733.7 ARM異常中斷指令753.8 ARM協(xié)處理器指令76第4章 ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)804.1 概述804.1.1 開發(fā)工具選擇804.1.2 ADS開發(fā)工具814.2 ADS環(huán)境下的偽操作和偽指令824.2.1 符號(hào)定義類偽操作834.2.2 數(shù)據(jù)定義類偽操作854.2.3 匯編控制類偽操作894.2.4 信息報(bào)告類偽操作914.2.5 其他偽操作924.2.6 ARM匯編語言偽指令詳解964.2.7 Thumb匯編語言偽指令詳解984.3 ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)984.3.1 ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)概述984.3.2 ARM匯編語言語句格式994.4 GNUARM匯編語言1024.5 ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)實(shí)例1064.5.1 ARM匯編語言子程序格式1064.5.2 ARM匯編語言子程序1074.5.3 ARM匯編語言子程序與C語言112第5章 μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)1135.1 μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)的概念1135.2 μC/OS-II中的任務(wù)1155.2.1 任務(wù)定義1165.2.2 任務(wù)堆棧1195.2.3 任務(wù)控制塊1205.2.4 任務(wù)調(diào)度1235.2.5 任務(wù)創(chuàng)建1305.2.6 任務(wù)的掛起和恢復(fù)1325.2.7 其他任務(wù)管理1335.3 μC/OS-II中的中斷1355.3.1 中斷過程1355.3.2 中斷服務(wù)程序1365.3.3 中斷級(jí)任務(wù)切換函數(shù)1375.3.4 臨界段1375.4 μC/OS-II中的時(shí)鐘1385.4.1 時(shí)鐘節(jié)拍1385.4.2 時(shí)間管理1405.5 μC/OS-II中任務(wù)的同步與通信1425.5.1 同步1425.5.2 事件1435.5.3 事件控制塊1445.5.4 事件方法1475.6 μC/OS-II中的信號(hào)量1505.7 μC/OS-II中的互斥信號(hào)量1535.8 μC/OS-II中的消息郵箱1555.9 μC/OS-II中的消息隊(duì)列1575.1 0μC/OS-II中的信號(hào)量集1625.1 0.1 信號(hào)量集的定義1635.1 0.2 信號(hào)量集的操作1665.1 1μC/OS-II中的內(nèi)存管理1685.1 1.1 內(nèi)存控制塊1685.1 1.2 動(dòng)態(tài)內(nèi)存的管理170第6章 S3C44B0X嵌入式微處理器1736.1 S3C44B0X簡(jiǎn)介1736.1.1 S3C44B0X的功能1736.1.2 S3C44B0X的內(nèi)特性1746.1.3 S3C44B0X的外特性1776.2 S3C44B0X存儲(chǔ)控制器功能及應(yīng)用開發(fā)1816.2.1 S3C44B0X存儲(chǔ)空間概述1816.2.2 S3C44B0X存儲(chǔ)控制器的SFR1846.2.3 S3C44B0X存儲(chǔ)控制器應(yīng)用編程1876.3 S3C44B0X的GPIO端口功能及應(yīng)用開發(fā)1896.3.1 S3C44B0X的GPIO概述1896.3.2 S3C44B0X的GPIO端口的SFR1916.3.3 S3C44B0X的GPIO端口的應(yīng)用編程1976.4 S3C44B0X時(shí)鐘電源管理功能及開發(fā)1986.4.1 S3C44B0X的時(shí)鐘電源管理部件的簡(jiǎn)述1986.4.2 S3C44B0X的時(shí)鐘電源管理部件的SFR1996.5 S3C44B0X的INTC功能及開發(fā)2016.5.1 S3C44B0X的INTC概述2016.5.2 S3C44B0X的INTC的SFR2036.6 S3C44B0X的UART功能及應(yīng)用開發(fā)2096.6.1 S3C44B0X的UART概述2096.6.2 S3C44B0X的UART的SFR2116.7 S3C44B0X的WDT定時(shí)器功能及應(yīng)用開發(fā)2166.7.1 S3C44B0X的看門狗概述2166.7.2 S3C44B0X的WDT的SFR2176.8 S3C44B0X的IIC定時(shí)器功能及應(yīng)用開發(fā)2176.8.1 S3C44B0X的IIC概述2186.8.2 S3C44B0X的IIC的SFR2196.9 S3C44B0X的LCD功能及應(yīng)用開發(fā)2216.9.1 S3C44B0X的LCD控制器概述2216.9.2 S3C44B0X的LCD控制器的SFR2246.1 0S3C44B0X的DMAC功能及應(yīng)用開發(fā)2276.1 0.1 S3C44B0X的DMAC概述2276.1 0.2 S3C44B0X的DMAC的SFR2296.1 1S3C44B0X的RTC功能及應(yīng)用開發(fā)2346.1 1.1 S3C44B0X的RTC概述2356.1 1.2 S3C44B0X的RTC的SFR2366.1 2S3C44B0X的PWM定時(shí)器功能及應(yīng)用開發(fā)2416.1 2.1 S3C44B0X的PWM概述2416.1 2.2 S3C44B0X的PWM的SFR2446.1 3S3C44B0X的IIS功能及應(yīng)用開發(fā)2476.1 3.1 S3C44B0X的IIS概述2486.1 3.2 S3C44B0X的IIS的SFR2506.1 4S3C44B0X的SIO功能及應(yīng)用開發(fā)2526.1 4.1 S3C44B0X的SIO概述2526.1 4.2 S3C44B0X的SIO的SFR2546.1 5S3C44B0X的ADC功能及應(yīng)用開發(fā)2566.1 5.1 S3C44B0X的ADC概述2566.1 5.2 S3C44B0X的ADC的SFR257第7章 基于S3C44B0X硬件系統(tǒng)開發(fā)2597.1 S3C44B0X硬件開發(fā)概述2597.1.1 S3C44B0X開發(fā)板的結(jié)構(gòu)2597.1.2 硬件設(shè)計(jì)技術(shù)2607.2 S3C44B0X的硬件特性2647.3 核心板的設(shè)計(jì)2677.3.1 核心板的概述2677.3.2 Flash的擴(kuò)展接口2677.3.3 SDRAM的擴(kuò)展接口2727.3.4 時(shí)鐘與復(fù)位電路設(shè)計(jì)2777.3.5 JTAG調(diào)試電路設(shè)計(jì)2797.4 電源板的設(shè)計(jì)2807.5 UART接口的設(shè)計(jì)2817.6 USB接口的設(shè)計(jì)2837.7 NET接口的設(shè)計(jì)2877.8 矩陣鍵盤和數(shù)碼管顯示接口的設(shè)計(jì)2957.9 LCD接口的設(shè)計(jì)3017.1 0CF卡/ATA接口的設(shè)計(jì)3067.1 1PCB板圖313第8章 基于S3C44B0X的軟件系統(tǒng)開發(fā)3158.1 BootLoader技術(shù)3158.1.1 BIOS技術(shù)3158.1.2 BootLoader的基本概念3168.1.3 基于Linux的BootLoader的基本原理3188.1.4 開發(fā)板的主要配置3248.2 基于S3C44B0X的BootLoader的設(shè)計(jì)3248.2.1 異常中斷機(jī)制3248.2.2 Stage1程序設(shè)計(jì)3298.2.3 Stage2程序設(shè)計(jì)3448.2.4 UART0初始化3478.3 基于S3C44B0X的μC/OS-II移植3548.3.1 μC/OS-II的移植技術(shù)3548.3.2 OS_CPU.H3578.3.3 OS_CPU_A.ASM3588.3.4 OS_CPU_C.C3628.4 基于μC/OS-II的串行口驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)3648.4.1 無操作系統(tǒng)的串行口驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)3648.4.2 基于μC/OS-II的串行口通信程序開發(fā)3708.5 基于μC/OS-II的A/D驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)3718.6 基于μC/OS-II的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序統(tǒng)一框架373參考文獻(xiàn)376

章節(jié)摘錄

插圖：嵌入式系統(tǒng)（Embedded Sysl，em）是計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、制造技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的高度融合。嵌入式技術(shù)是繼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，又一主流技術(shù)方向。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到人類社會(huì)的每個(gè)角落，如科學(xué)教育、工業(yè)生產(chǎn)、軍事國(guó)防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、消費(fèi)電子、信息家電等，都在廣泛地、深入地應(yīng)用著嵌入式系統(tǒng)。例如，小到微型機(jī)器人、手機(jī)、PDA等，大到飛機(jī)、導(dǎo)彈、航天器等，其中都嵌入著一個(gè)乃至多個(gè)獨(dú)立的“嵌入式系統(tǒng)”。1.1嵌入式系統(tǒng)的概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有兩大分支：通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)）。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)：例如PC，在硬件上采用標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，包含通用中央處理器（CPU）、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出（I／O設(shè)備）、標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)等；在軟件上也采用標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，通用操作系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)API函數(shù)等。因此，PC的軟硬件都是標(biāo)準(zhǔn)的，生產(chǎn)商也是相對(duì)集中的，主要有Intel、AMI）、Microsoft.等。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是非標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)：雖然嵌入式系統(tǒng)具有通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一般特點(diǎn)，但它是以服務(wù)于所嵌入的應(yīng)用對(duì)象為目標(biāo)的，是一種專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有很多的特殊性。例如，一款手機(jī)除了具有一般的通話功能外，還可以具有（3PRS功能、照相功能、MP3功能等。因此，嵌入式系統(tǒng)需要根據(jù)具體應(yīng)用量身定制，通過選擇合適的嵌入式處理器、外圍功能模塊等來定制硬件系統(tǒng)，通過選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)、應(yīng)用協(xié)議等來定制軟件系統(tǒng)。

編輯推薦

《嵌入式系統(tǒng)原理與開發(fā)》：普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材

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