嵌入式微控制器與處理器設(shè)計(jì)

前言

　　如今，微控制器已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪衅毡閼?yīng)用的設(shè)備，我們?nèi)粘Ｊ褂玫拇蠖鄶?shù)電氣產(chǎn)品中都內(nèi)置有微控制器，在家用電器、汽車、復(fù)印機(jī)、移動電話，甚至強(qiáng)大的機(jī)車控制中，都可以找到它們的身影。只要有電氣使用的地方，就可以發(fā)現(xiàn)微控制器的使用！　　以微控制器為主題的書籍有很多，為什么還要再寫一本新書呢？所有流行的微控制器芯片和體系結(jié)構(gòu)都有關(guān)于“怎樣使用”的書籍出版，而本書關(guān)注的是向讀者全面介紹微控制器技術(shù)，既包括單片機(jī)，也包括作為知識產(chǎn)權(quán)（Intellectual Property，IP）核形式的微控制器。　　很多電子工程專業(yè)的學(xué)生需要使用微控制器來學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的課程，Intel 8051、ZiLOG Z8或者M(jìn)icrochip PIC等器件十分流行，也是同學(xué)們學(xué)習(xí)微控制器的首要選擇。另外，這些器件還對一些使用廣泛并且十分廉價的開發(fā)工具提供設(shè)計(jì)支持?！　』谇度胧轿⒖刂破鞯脑O(shè)計(jì)選擇十分廣泛，這是工程師們今天所要面對的問題。他們不僅要選擇流行的單片機(jī)，還要選擇用于ASIC片上系統(tǒng)（System?on?a?Chip，SoC）設(shè)計(jì)所要用到的IP核。盡管在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域基于Intel的體系結(jié)構(gòu)處于統(tǒng)治地位，微控制器領(lǐng)域仍然靠創(chuàng)新設(shè)計(jì)來發(fā)展?！　　肚度胧轿⒖刂破髋c處理器設(shè)計(jì)》圍繞3個主要內(nèi)容展開講解——微控制器體系結(jié)構(gòu)介紹、單片微控制器和嵌入式IP核。每一章都在開始給出章節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)，并在各章節(jié)最后給出習(xí)題（除第1章外），用以檢查學(xué)習(xí)效果?！　　肚度胧轿⒖刂破髋c處理器設(shè)計(jì)》不僅涵蓋了主要芯片以及IP核，還重點(diǎn)介紹了微控制器體系結(jié)構(gòu)的概念。例如，計(jì)算器件是怎樣演變的以及在設(shè)計(jì)中為什么要使用不同類型的器件?！　　肚度胧轿⒖刂破髋c處理器設(shè)計(jì)》參考的單片機(jī)都是典型的商用經(jīng)典設(shè)計(jì)。當(dāng)然，很多其他設(shè)計(jì)也可以利用，尤其是來自無晶圓設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)。微控制器核參考了已經(jīng)發(fā)行的SoC IP核以及市場上的相關(guān)產(chǎn)品。本書關(guān)于體系結(jié)構(gòu)的介紹中，“處理器”這一概念既包含“單片微控制器”的“處理器”元素，也包含“IP核”的概念。　　《嵌入式微控制器與處理器設(shè)計(jì)》希望能向讀者提供單片機(jī)或嵌入式微控制器及微處理器設(shè)計(jì)的相關(guān)知識。書中討論了CISC和RISC處理器之間的差異，也介紹了單片機(jī)設(shè)計(jì)流程和嵌入式微處理器設(shè)計(jì)流程。　　《嵌入式微控制器與處理器設(shè)計(jì)》對16位Freescale MC9S12X系列單片微控制器進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同樣，還詳細(xì)介紹了基于RISC結(jié)構(gòu)的PIC18F4520和ZiLOG Z8微控制器。書中還介紹了8位微控制器，并詳述了許多控制器系列的大量外設(shè)?！　薪榻B了指令集體系結(jié)構(gòu)（Instruction Set Architecture，ISA）的概念，以便于更好地理解基于CISC和RISC體系結(jié)構(gòu)處理器的共性，并擴(kuò)展到基于使用ARM和MIPS指令集體系結(jié)構(gòu)的IP核的嵌入式SoC微控制器設(shè)計(jì)。書中詳細(xì)介紹了ARM10TDMI和MIPS32 4KETM IP核?！　】膳渲锰幚砥骷夹g(shù)越來越重要，尤其是在設(shè)計(jì)高性能消費(fèi)類電子產(chǎn)品時更是這樣?？膳渲锰幚砥骷夹g(shù)允許定制微處理器核，而該微處理器核的配置會對SoC嵌入式設(shè)計(jì)的性能和功耗帶來影響。書中介紹了Tensillica Xtensa LX2系列可配置處理器。　　書中討論了由RISC派生的專用處理器。對數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）進(jìn)行了概述，包括Texas Instruments公司的TMS320C55處理器和Analog Devices的ADSP?BF533 Blackfin處理器。書中介紹了相關(guān)工程設(shè)計(jì)流程的方法，討論了可供工程師設(shè)計(jì)開發(fā)的不同工具，給出了使用集成設(shè)計(jì)環(huán)境（Integrated Design Environment，IDE）開發(fā)單片機(jī)的實(shí)例?！　∥⒖刂破髟O(shè)計(jì)的軟件編程既可以像草坪灑水車控制編程一樣簡單，也可以像控制機(jī)器人的RTOS一樣復(fù)雜。從簡單的輪詢到復(fù)雜的多級中斷系統(tǒng)，這些編程技術(shù)在書中都有論述。許多單片機(jī)都有串行I/O接口功能模塊，它們主要用于數(shù)據(jù)通信。書中介紹了UART、I2C、I2S、CAN/LIN SPI以及USB等外設(shè)功能模塊?！　∏度胧轿⒖刂破髋c處理器設(shè)計(jì)第1章嵌入式處理器SoC設(shè)計(jì)需要與半導(dǎo)體制造廠家緊密結(jié)合。作為無晶圓設(shè)計(jì)技術(shù)，SoC需要專門的工程技術(shù)將需要的功能模塊集成到芯片中。IP功能模塊既可以由集成電路設(shè)計(jì)廠家提供，也可以從那些獨(dú)立的設(shè)計(jì)公司獲得，但是得到一款能夠正常工作的芯片仍是一個復(fù)雜的過程?！　　肚度胧轿⒖刂破髋c處理器設(shè)計(jì)》傾向于對單片機(jī)和嵌入式形式微控制器的介紹和理解。ISA的概念與產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法一起講解，通過IP核的使用來引入SoC設(shè)計(jì)的概念。　　從任何抽象層次上來說，微控制器設(shè)計(jì)都是基于現(xiàn)有可用技術(shù)的折中。本書關(guān)注的3個基本技術(shù)是處理器、存儲器和軟件：處理器技術(shù)根據(jù)半導(dǎo)體制造廠家的能力而定，存儲器技術(shù)采用層次化存儲結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)依賴于匯編和優(yōu)化編譯技術(shù)?！　【捅緯鴥?nèi)容所覆蓋的范圍來說，概述與基于微控制器的設(shè)計(jì)特性相關(guān)。一般地，基于CISC的微處理器比基于RISC的微處理器的指令更為復(fù)雜，RISC的寄存器組與CISC相比是正交的，RISC的C語言優(yōu)化編譯器比CISC的效率更高?！　ISC和CISC是全球范圍廣泛使用的指令集體系結(jié)構(gòu)。指令集體系結(jié)構(gòu)的一些創(chuàng)新，如VLIW和EPIC等，本書通過比較的形式進(jìn)行了介紹。書中重點(diǎn)關(guān)注了微控制器技術(shù)是基于RISC的，還是基于CISC的，這樣可以為讀者理解其他演化出來的指令集體系結(jié)構(gòu)提供必要的基礎(chǔ)知識。　　微控制器的核心是微處理器。本書中，處理器具有廣義的含義。不管是SoC設(shè)計(jì)中以IP核形式實(shí)現(xiàn)，還是傳統(tǒng)的單片機(jī)形式，其基本的處理器概念是相同的。MIPS32 4KETM IP核可以制作成NEC單片機(jī)，也可以制作成CISCO SoC路由器；其實(shí)現(xiàn)不同，但都具有相同的體系結(jié)構(gòu)。　　本書旨在能夠?yàn)樵谛９こ虒I(yè)學(xué)生介紹微控制器技術(shù)相關(guān)概念，而不是作為硬件參考手冊，也不是作為一系列的應(yīng)用指南。書中給出的概念具有一般形式，這樣可以使更大范圍工程專業(yè)的學(xué)生理解基本的概念，并將其應(yīng)用到實(shí)際中?！　【W(wǎng)上有作者為教師準(zhǔn)備的作為課程使用的在線指導(dǎo)手冊，若要獲取本書的在線附件，教師需要申請一個教師訪問授權(quán)碼。請?jiān)L問網(wǎng)站www?pearsonhighered?com/irc，來注冊并獲取教師訪問授權(quán)碼，在注冊之后的48小時內(nèi)，讀者便會收到一封確認(rèn)郵件，其中包含了教師訪問授權(quán)碼。收到該授權(quán)碼后，便可以登錄網(wǎng)站，下載希望使用的資料文件?！　∽髡呤指兄x下述人員對于本書書稿進(jìn)行的閱讀和校驗(yàn)：楊百翰大學(xué)的C?Richard G?Helps、伊利諾伊學(xué)院的James Streib、德福瑞大學(xué)哥倫布分校的Chao?Ying Wang和佛蒙特州技術(shù)學(xué)院的Richard Warren。　　Greg Osborn

內(nèi)容概要

　　本書全面講述了嵌入式微處理器與微控制器的基礎(chǔ)知識，書中沒有簡單羅列各種嵌入式微控制器的電氣特性、物理特性以及具體使用等內(nèi)容，也沒有羅列具體開發(fā)工具及開發(fā)軟件的具體使用，而是關(guān)注于讓讀者理解微控制器背后的基本概念和設(shè)計(jì)方法，從全局上把握嵌入式微處理器與微控制器的發(fā)展、現(xiàn)狀以及主要技術(shù)等內(nèi)容。全書內(nèi)容覆蓋嵌入式微控制器、軟/硬件調(diào)試、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、外設(shè)接口、數(shù)字信號處理以及模糊邏輯等主要概念，以便使讀者更好地理解和把握嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念。
　　本書強(qiáng)調(diào)嵌入式微處理器及微控制器的架構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)，使其更適合用作高校電子電氣工程、計(jì)算機(jī)以及工程技術(shù)類相關(guān)專業(yè)的教材，還可用作專業(yè)嵌入式微控制器設(shè)計(jì)人員的參考書。

作者簡介

作者：（美國）奧斯本（Greg Osborn） 譯者：宋廷強(qiáng) 高樹靜

書籍目錄

出版者的話
譯者序
前言
第1章　嵌入式處理器
　1.0微控制器
　1.1微控制器市場
　1.2數(shù)據(jù)路徑
　1.3商用微控制器
　1.4soc內(nèi)核處理器
　1.5soc單元相對銷售量
　1.6超大規(guī)模集成電路（vlsi）芯片設(shè)計(jì)工具
　1.7ip核
　1.8指令集體系結(jié)構(gòu)
　1.9投資與回報(bào)
　1.10半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展
　參考文獻(xiàn)
第2章　微控制器體系結(jié)構(gòu)
　2.0單片計(jì)算機(jī)
　2.1約翰?馮?諾依曼 　
　2.2計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)
　2.3半導(dǎo)體技術(shù)
　　2.3.1小規(guī)模集成電路
　　2.3.2硬件總線
　　2.3.3智能外圍接口
　　2.3.4標(biāo)準(zhǔn)i/o接口
　2.4msi和lsi
　2.5電子計(jì)算器
　2.6微處理器
　　2.6.1應(yīng)用型數(shù)據(jù)處理
　　2.6.2intel i4004
　　2.6.3intel i8080
　2.7微處理器外設(shè)
　2.8intel i8051微控制器
　2.9risc簡介
　　2.9.1risc處理器
　　2.9.2risc的協(xié)同作用
　2.9.3risc市場
　2.10無晶圓半導(dǎo)體公司
　2.10.1risc ip核
　2.10.2risc工藝流程
　2.11嵌入式控制器ip核
　2.11.1cisc ip核
　2.11.2risc ip核
　2.11.3第三方ip核
　2.12專用處理器
　2.13本章　小結(jié)
　習(xí)題
　參考文獻(xiàn)
第3章　嵌入式微控制器技術(shù)
　3.0集成電路
　3.1摩爾定律
　　3.1.1微處理器的性能
　　3.1.2實(shí)現(xiàn)技術(shù)
　　3.1.3阿姆達(dá)爾定律
　　3.1.4技術(shù)融合
　3.2設(shè)計(jì)抽象
　　3.2.1指令集體系結(jié)構(gòu)
　　3.2.2處理器家族
　3.3risc和cisc
　　3.3.1處理器技術(shù)
　　3.3.2性能評估
　　3.3.3程序指令
　　3.3.4指令成本
　　3.3.5微代碼指令
　3.4存儲器技術(shù)
　　3.4.1局部性
　　3.4.2存儲器分級
　　3.4.3高速緩存
　　3.4.4一級緩存和二級緩存
　　3.4.5數(shù)據(jù)寄存器
　　3.4.6指令隊(duì)列
　　3.4.7分支指令
　　3.4.8存儲器訪問延遲
　　3.4.9高速緩存模塊
　3.5指令處理
　　3.5.1匯編語言
　　3.5.2程序編譯器
　　3.5.3硬編碼指令
　3.6程序設(shè)計(jì)
　　3.6.1程序代碼大小變化
　　3.6.2cisc指令集
　3.7統(tǒng)一指令集
　　3.7.1工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件
　　3.7.2指令集擴(kuò)展
　3.8risc指令集體系結(jié)構(gòu)
　　3.8.1微代碼
　　3.8.2微指令周期
　　3.8.3專用指令
　　3.8.4單周期指令
　3.9處理器邏輯
　　3.9.1同步邏輯
　　3.9.2寄存器堆
　　3.9.3正交寄存器
　　3.9.4寄存器優(yōu)化
　　3.9.5載入/存儲數(shù)據(jù)操作
　3.10處理器功能劃分
　　3.10.1指令流水線
　　3.10.2執(zhí)行單元
　　3.10.3流水線級
　　3.10.4流水線吞吐量
　　3.10.5順序執(zhí)行
　　3.10.6分支執(zhí)行
　3.11五級流水線
　　3.11.1指令流水線阻塞
　　3.11.2分支預(yù)測表
　　3.11.3數(shù)據(jù)流水線阻塞
　3.12本章　小結(jié)
　習(xí)題
　參考文獻(xiàn)
第4章　微控制器功能
第5章　程序設(shè)計(jì)
第6章　軟/硬件調(diào)試
第7章　串行數(shù)據(jù)通信
第8章　模數(shù)轉(zhuǎn)換
第9章　數(shù)字信號處理
第10章　模糊邏輯
第11章　8位微控制器
第12章　16位微控制器
第13章　知識產(chǎn)權(quán)soc核
第14章　tensilica可配置ip核
第15章　數(shù)字信號處理器

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：3.9.4 寄存器優(yōu)化CISC編譯器將中間數(shù)值存儲在臨時存儲區(qū)域中，增加了存儲器操作的步驟，同樣也增加了程序執(zhí)行時間。阿姆達(dá)爾定律指出，指令越少，意味著性能越高。RISC編譯器可以優(yōu)化寄存器分配。由于一些原因，HLL編譯器在CISC環(huán)境下很難運(yùn)行。由于有些指令以復(fù)雜的方式相互作用，這給優(yōu)化復(fù)雜指令集帶來了一些困難，而相比之下操縱專用寄存器堆則更為困難。CISC編譯器設(shè)計(jì)中主要注重編程效率，而不是怎樣實(shí)現(xiàn)最有效的代碼執(zhí)行。如果c編譯器的軟件技術(shù)和快速處理器聯(lián)合起來，就可以達(dá)到比CISC機(jī)器更佳的性能。編譯器可以優(yōu)化程序的應(yīng)用方向。采用通用的R[SC處理器，越來越多的設(shè)計(jì)可以應(yīng)用到不同的專業(yè)方向。

編輯推薦

《嵌入式微控制器與處理器設(shè)計(jì)》特色深入講解微控制器、處理器設(shè)計(jì)以及相關(guān)技術(shù)。通過RISC技術(shù)的工程開發(fā)，使讀者深入理解設(shè)計(jì)中的主要理論。內(nèi)容新穎，包含了許多最新技術(shù)。如模糊邏輯以及MIPS、ARM和Terlsilica的IP核設(shè)計(jì)。討論如何平衡處理器、存儲器和軟件三種技術(shù)，使學(xué)生深入理解半導(dǎo)體制造能力、分級存儲結(jié)構(gòu)和匯編器以及編譯器優(yōu)化等技術(shù)。每章(除第1章外)后面都附有習(xí)題，用以復(fù)習(xí)本章的主要內(nèi)容。

圖書封面

圖書標(biāo)簽Tags

無

評論、評分、閱讀與下載

---

    嵌入式微控制器與處理器設(shè)計(jì) PDF格式下載

---