ARM嵌入式體系結(jié)構(gòu)與接口技術(shù)

前言

隨著消費(fèi)群體對(duì)產(chǎn)品要求的日益提高，嵌入式技術(shù)在機(jī)械器具制造、電子產(chǎn)品制造、通信、信息服務(wù)等行業(yè)領(lǐng)域得到了大顯身手的機(jī)會(huì)，應(yīng)用日益廣泛，相應(yīng)地企業(yè)對(duì)嵌入式人才的需求也越來越多。因此近幾年來，各高等院校開始紛紛開設(shè)嵌入式專業(yè)或課程。但是，各院校在嵌入式專業(yè)教學(xué)建設(shè)的過程中幾乎都面臨教材難覓的困境。雖然目前市場(chǎng)上的嵌人式開發(fā)相關(guān)書籍比較多，但幾乎都是針對(duì)有一定基礎(chǔ)的行業(yè)內(nèi)研發(fā)人員而編寫的，并不完全符合學(xué)校的教學(xué)要求。學(xué)校教學(xué)需要一套充分考慮學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)基礎(chǔ)和接受度的，明確各門課程教學(xué)目標(biāo)的，便于學(xué)校安排課時(shí)的嵌入式專業(yè)教材。針對(duì)教材缺乏的問題，我們以多年來在嵌入式工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)人才培養(yǎng)、項(xiàng)目研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，匯總了近幾年積累的數(shù)百家企業(yè)對(duì)嵌入式研發(fā)相關(guān)崗位的真實(shí)需求，調(diào)研了數(shù)十所開設(shè)“嵌入式工程技術(shù)”專業(yè)的高等院校的課程設(shè)置隋況、學(xué)生特點(diǎn)和教學(xué)用書現(xiàn)狀。通過細(xì)致的整理和分析，對(duì)專業(yè)技能和基本知識(shí)進(jìn)行合理劃分，我們編寫了這套高等院校嵌入式人才培養(yǎng)規(guī)劃教材，包括以下5本：《ARM嵌入式體系結(jié)構(gòu)與接口技術(shù)》《uc／os II嵌入式操作系統(tǒng)》《嵌入式Linux操作系統(tǒng)》《嵌入式Linux c語言開發(fā)》《嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》本套教材按照專業(yè)整體教學(xué)要求組織編寫，各自對(duì)應(yīng)的主干課程之間既相對(duì)獨(dú)立又有機(jī)銜接，整套教材具有系統(tǒng)性?！禔RM嵌入式體系結(jié)構(gòu)與接口技術(shù)》側(cè)重介紹接口技術(shù)；在操作系統(tǒng)教材方面，考慮到各院校不同的教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，編寫了uc／0S II和Linux兩個(gè)版本；考慮到本專業(yè)對(duì)學(xué)生c語言能力要求較高，編寫了《嵌入式Linux c語言開發(fā)》這本少課時(shí)的教材，可供“c語言基礎(chǔ)”課程的后續(xù)提高課程使用；《嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》介紹了貫穿前面所學(xué)知識(shí)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，供“Linux應(yīng)用開發(fā)”課程使用。本書是其中之一。ARM作為一種32位的高性能、低成本的嵌入式RISC微處理器，已得到最廣泛的應(yīng)用。目前，ARM9處理器已經(jīng)占據(jù)了大部分嵌入式處理器的中高端產(chǎn)品市場(chǎng)。本書以$3C2410X處理器為平臺(tái)，介紹了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的各個(gè)主要環(huán)節(jié)。本書側(cè)重實(shí)踐，輔以代碼加以講解，從分析的角度來學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)的各種技術(shù)。本書使用的工具是Keil公司的MDK（Micr-ocona·011er：Development Kit）。MDK是ARM公司最新推出的專業(yè)嵌入式開發(fā)工具RealView的工具集。MI）K是為滿足基于MCu進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)的需求而推出的，它包含強(qiáng)大的設(shè)備調(diào)試和仿真支持、眾多的案例模板和固件實(shí)例及存儲(chǔ)優(yōu)化的RT0s庫(kù)。

內(nèi)容概要

　　本書在全面介紹ARM920T處理器的體系結(jié)構(gòu)、編程模型、指令系統(tǒng)及RealView MDK開發(fā)環(huán)境的同時(shí)，以基于ARM920T的應(yīng)用處理器S3C2410X為核心，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)接口技術(shù)。接口技術(shù)中涵蓋了I/O、中斷、串口、存儲(chǔ)器、PWM、A/D、LCD，并提供了大量實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在最后一章還提供了一個(gè)綜合實(shí)例。　　本書可作為高職高專院校電子、通信、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等專業(yè)的ARM體系結(jié)構(gòu)、接口技術(shù)課程的教材，也可作為相關(guān)嵌入式開發(fā)人員的參考書。

作者簡(jiǎn)介

劉洪濤，華清遠(yuǎn)見學(xué)術(shù)總監(jiān)，金牌講師，ARM公司全球認(rèn)證講師，企業(yè)級(jí)嵌入式系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)解決專家?！陡叩仍盒Ｇ度胧饺伺囵B(yǎng)規(guī)劃教材》系列叢書主編。10年嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，精通ARM體系結(jié)構(gòu)，在多款A(yù)RM硬件平臺(tái)上完成過原理圖設(shè)計(jì)、PCB布線、Bootloader移植、Linux系統(tǒng)移植、文件系統(tǒng)構(gòu)建、驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)、GUI圖形編程等工作。具有豐富的ARM-LINUX系統(tǒng)軟、硬件產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，主持開發(fā)過多個(gè)大型嵌入式項(xiàng)目，涉及工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)、通訊、消費(fèi)電子等各行各業(yè)。近兩年正專注于3G技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)Android的系統(tǒng)核心代碼有深入研究。

書籍目錄

第1章　嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)　　1.1　嵌入式系統(tǒng)概述　　　1.1.1　嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介　　　1.1.2　嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)　　　1.1.3　嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展　　1.2　嵌入式系統(tǒng)的組成　　　1.2.1　嵌入式系統(tǒng)硬件組成　　　1.2.2　嵌入式系統(tǒng)軟件組成　　1.3　嵌入式操作系統(tǒng)舉例　　　1.3.1　商業(yè)版嵌入式操作系統(tǒng)　　　1.3.2　開源版嵌入式操作系統(tǒng)　　1.4　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)概述　　小結(jié)　　思考與練習(xí)　第2章　ARM技術(shù)概述　　2.1　ARM體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征及發(fā)展　　　2.1.1　ARM公司簡(jiǎn)介　　　2.1.2　ARM技術(shù)特征　　　2.1.3　ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展　　2.2　ARM微處理器簡(jiǎn)介　　　2.2.1　ARM7處理器系列　　　2.2.2　ARM9處理器系列　　　2.2.3　ARM9E處理器系列　　　2.2.4　ARM11處理器系列　　　2.2.5　SecurCore處理器系列　　　2.2.6　StrongARM和Xscale 處理器系列　　　2.2.7　MPCore 處理器系列　　　2.2.8　Cortex處理器系列　　2.3　ARM微處理器結(jié)構(gòu)　　2.4　ARM微處理器的應(yīng)用選型　　　2.4.1　ARM芯片選擇的一般原則　　　2.4.2　選擇一款適合教學(xué)的ARM芯片　　2.5　ARM920T內(nèi)部功能及特點(diǎn)　　2.6　數(shù)據(jù)類型　　　2.6.1　ARM的基本數(shù)據(jù)類型　　　2.6.2　浮點(diǎn)數(shù)據(jù)類型　　　2.6.3　存儲(chǔ)器大/小端　　2.7　ARM920T內(nèi)核工作模式　　2.8　ARM920T存儲(chǔ)系統(tǒng)　　　2.8.1　協(xié)處理器（CP15）　　　2.8.2　存儲(chǔ)管理單元（MMU）　　　2.8.3　高速緩沖存儲(chǔ)器（Cache）　　2.9　流水線　　　2.9.1　流水線的概念與原理　　　2.9.2　流水線的分類　　　2.9.3　影響流水線性能的因素　　2.10　寄存器組織　　2.11　程序狀態(tài)寄存器　　2.12　SAMSUNG S3C2410X處理器介紹　　小結(jié)　　思考與練習(xí)　第3章　ARM的指令系統(tǒng)　　3.1　ARM指令的尋址方式　　　3.1.1　數(shù)據(jù)處理指令尋址方式　　　3.1.2　內(nèi)存訪問指令尋址方式　　3.2　ARM指令集　　　3.2.1　數(shù)據(jù)操作指令　　　3.2.2　乘法指令　　　3.2.3　Load/Store指令　　　3.2.4　跳轉(zhuǎn)指令　　　3.2.5　狀態(tài)操作指令　　　3.2.6　協(xié)處理器指令　　　3.2.7　異常產(chǎn)生指令　　小結(jié)　　思考與練習(xí)　第4章　ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)　　4.1　ARM匯編器支持的偽操作　　　4.1.1　偽操作概述　　　4.1.2　符號(hào)定義偽操作　　　4.1.3　數(shù)據(jù)定義（data definition）偽操作　　　4.1.4　匯編控制偽操作　　　4.1.5　雜項(xiàng)偽操作　　4.2　ARM匯編器支持的偽指令　　　4.2.1　ADR偽指令　　　4.2.2　ADRL偽指令　　　4.2.3　LDR偽指令　　4.3　ARM匯編語言的語句格式　　　4.3.1　ARM匯編語言中的符號(hào)　　　4.3.2　ARM匯編語言中的表達(dá)式和運(yùn)算符　　　4.3.3　ARM匯編語言內(nèi)置的變量　　4.4　ARM匯編語言的程序結(jié)構(gòu)　　　4.4.1　匯編語言的程序格式　　　4.4.2　匯編語言子程序調(diào)用　　　4.4.3　過程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)AAPCS　　　4.4.4　scatter文件的使用　　　4.4.5　匯編語言程序設(shè)計(jì)舉例　　4.5　匯編語言與C語言的混合編程　　　4.5.1　內(nèi)聯(lián)匯編　　　4.5.2　嵌入型匯編　　　4.5.3　匯編代碼訪問C全局變量　　　4.5.4　混合編程調(diào)用舉例　　小結(jié)　　思考與練習(xí)　第5章　ARM RealView MDK集成開發(fā)環(huán)境　　5.1　RealView MDK環(huán)境介紹　　5.2　ULINK2仿真器簡(jiǎn)介　　5.3　RealView MDK的使用　　　5.3.1　選擇工具集　　　5.3.2　創(chuàng)建工程并選擇處理器　　　5.3.3　建立一個(gè)新的源文件　　　5.3.4　工程中文件的添加　　　5.3.5　工程基本配置　　　5.3.6　工程的編譯鏈接　　　5.3.7　工程的調(diào)試　　　5.3.8　映像文件下載　　小結(jié)　　思考與練習(xí)　第6章　GPIO編程　第7章　ARM異常中斷處理及編程　第8章　串行通信接口　第9章　存儲(chǔ)器接口　第10章　定時(shí)器　第11章　A/D轉(zhuǎn)換器　第12章　LCD接口設(shè)計(jì)　第13章　溫度監(jiān)測(cè)儀開發(fā)實(shí)例　參考文獻(xiàn)　

章節(jié)摘錄

插圖：（6）弱交互性。嵌入式系統(tǒng)不僅功能強(qiáng)大，而且要求使用靈活方便，一般不需要鍵盤、鼠標(biāo)等。人機(jī)交互以簡(jiǎn)單方便為主。（7）嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)通常需要專門的開發(fā)工具和開發(fā)環(huán)境。（8）要求開發(fā)、設(shè)計(jì)人員有較高的技能。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)，從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的人才也必須是復(fù)合型人才。  1.1.3嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展  1.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展階段  在過去的30年中，嵌入式系統(tǒng)主要經(jīng)歷了4個(gè)發(fā)展階段。  第1階段是以單芯片為核心的可編程控制器形式的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)大部分應(yīng)用于一些專業(yè)性強(qiáng)的工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般沒有操作系統(tǒng)的支持，軟件通過匯編語言編寫。這一階段系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)單一，處理效率較低，存儲(chǔ)容量較小，幾乎沒有用戶接口。由于這種嵌入式系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低，因此以前在國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，但是目前已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足高效的、需要大容量存儲(chǔ)的現(xiàn)代工業(yè)控制和新興信息家電等領(lǐng)域的需求。第2階段是以嵌入式CPLJ為基礎(chǔ)、以簡(jiǎn)單操作系統(tǒng)為核心的嵌人式系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是CPU種類繁多，通用性比較弱；系統(tǒng)開銷小，效率高；操作系統(tǒng)達(dá)到一定的兼容性和擴(kuò)展性；應(yīng)用軟件較專業(yè)化，用戶界面不夠友好。第3階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是嵌入式操作系統(tǒng)能運(yùn)行于各種不同類型的微處理器上，兼容性好；操作系統(tǒng)內(nèi)核小、效率高，并且具有高度的模塊化和擴(kuò)展性；具備文件和目錄管理、支持多任務(wù)、支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、具備圖形窗口和用戶界面；具有大量的應(yīng)用程序接口API，開發(fā)應(yīng)用程序較簡(jiǎn)單；嵌入式應(yīng)用軟件豐富。第4階段是以Intemet為標(biāo)志的嵌入式系統(tǒng)。這是一個(gè)正在迅速發(fā)展的階段。目前大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)還孤立于Intemet之外，但隨著Internet的發(fā)展以及Intemet技術(shù)與信息家電、工業(yè)控制技術(shù)結(jié)合日益密切，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合將代表嵌入式系統(tǒng)的未來。  2.嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)  （1）小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化。  隨著技術(shù)水平的提高和人們生活的需要，嵌入式設(shè)備（尤其是消費(fèi)類產(chǎn)品）正朝著小型化便攜式和智能化的方向發(fā)展。如果你攜帶筆記本電腦外出辦事，你肯定希望它輕薄小巧，甚至你可能希望有一種更便攜的設(shè)備來替代它，目前的上網(wǎng)本、MID（移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）、便攜投影儀等都是因類似的需求而出現(xiàn)的。對(duì)嵌入式而言，可以說是已經(jīng)進(jìn)人了嵌入式互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代（有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)的組合），而嵌入式設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合，更為日常生活帶來了極大的方便和無限的想象空間。嵌入式設(shè)備功能越來越強(qiáng)大，未來冰箱、洗衣機(jī)等家用電器都將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上控制；異地通信、協(xié)同工作、無人操控場(chǎng)所、安全監(jiān)控場(chǎng)所等的可視化也已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)載能力的提升，可視化將得到進(jìn)一步完善。人工智能、模式識(shí)別技術(shù)也將在嵌入式系統(tǒng)中得到應(yīng)用，這會(huì)使得嵌入式系統(tǒng)更具人性化、智能化。

編輯推薦

《高等院校嵌入式人才培養(yǎng)規(guī)劃教材:ARM嵌入式體系結(jié)構(gòu)與接口技術(shù)》由人民郵電出版社出版。突出接口技術(shù)，重視實(shí)際應(yīng)用，全部代碼示例。嵌入式學(xué)院是華清遠(yuǎn)見在6年高端嵌入式人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)上傾力打造的“嵌入式領(lǐng)域就業(yè)優(yōu)勢(shì)倍增”項(xiàng)目，學(xué)院充分整合行業(yè)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)優(yōu)勢(shì)，并借助自身豐富的合作企業(yè)資源及專業(yè)、科學(xué)的實(shí)訓(xùn)體系，幫助合作院校時(shí)刻緊跟嵌入式行業(yè)用人需求的最新趨勢(shì)，引導(dǎo)畢業(yè)生在知識(shí)結(jié)構(gòu)上更好地實(shí)現(xiàn)與企業(yè)真實(shí)需求的對(duì)接，從而有效提高其就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，順利進(jìn)入嵌入式專業(yè)領(lǐng)域。華清遠(yuǎn)見嵌入式學(xué)院將繼續(xù)專注于為更多希望從事嵌入式行業(yè)工作，但又缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的人員提供更專業(yè)的嵌入式實(shí)訓(xùn)l課程。培養(yǎng)出更多合格的嵌入式人才，以促進(jìn)行業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展。

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