ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程

前言

嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，有人將其稱為后PC時代和后網(wǎng)絡(luò)時代的新秀。特別是近幾年來，嵌入式產(chǎn)品以排山倒海之勢占領(lǐng)了消費類電子產(chǎn)品市場，并開始在汽車電子、工業(yè)控制、航空航天、國防工業(yè)等領(lǐng)域進行全面應(yīng)用。因此可以斷言，面向嵌入式的信息時代已經(jīng)到來。本書作者在學(xué)生時代多次參加機器人大賽，工作后指導(dǎo)智能車控制大賽。最初設(shè)計機器人控制系統(tǒng)采用8位單片機，隨著機器人控制功能的增強，原有8位芯片很難滿足功能要求，另外軟件設(shè)計也越來越煩瑣。在2002年，ARM技術(shù)產(chǎn)品開始大范圍占領(lǐng)市場，基于ARM技術(shù)的嵌入式微控制器成為嵌入式開發(fā)的硬件支撐。世界上知名的半導(dǎo)體公司如Intel、Samsung、Motorola、Philips和Atmel相繼推出了以ARM為核心的主流芯片，嵌入式開發(fā)成為信息領(lǐng)域研究與應(yīng)用的熱點。為了適應(yīng)更加復(fù)雜的控制需求，作者當(dāng)時選用ARM微控制器作為主控制單元，設(shè)計嵌入式機器人控制系統(tǒng)，在僅有有限的幾本書可供參考的情況下，面向應(yīng)用裁剪硬件，移植嵌入式操作系統(tǒng)，從此與嵌入式結(jié)下不解之緣。近年來，全國各大高校紛紛建立嵌入式方向，經(jīng)過幾年來的教學(xué)實踐，已經(jīng)成功地培養(yǎng)出一批具備嵌入式設(shè)計與開發(fā)技能的畢業(yè)生，走向嵌入式開發(fā)的各個領(lǐng)域。本書正是在立足于教學(xué)和實踐的基礎(chǔ)上進行編寫的。本書的編寫力求將復(fù)雜問題簡單化，為了說明一個問題，可能不惜篇幅，圖表并用，并設(shè)有實例解析，力求使每一個嵌入式開發(fā)的初學(xué)者能快速上手，為嵌入底層開發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

本書是作者根據(jù)多年開發(fā)和教學(xué)實踐經(jīng)驗并考察了當(dāng)前嵌入式發(fā)展的最新動向編著而成。在內(nèi)容設(shè)計上，本書采取了循序漸進的原則，對嵌入式底層硬件知識進行精心規(guī)劃，以大量的實例說明技術(shù)難點，深入淺出，使嵌入式系統(tǒng)初學(xué)者能夠以“ARM體系結(jié)構(gòu)—指令系統(tǒng)—匯編程序設(shè)計—混合編程—硬件下編程”為主線，以階梯式前進的方式，低起點、高效率地學(xué)習(xí)理論、深入實踐，從而為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)打下堅實的基礎(chǔ)。    本書結(jié)構(gòu)合理、實例豐富，具有很強的實踐性和實用性，本書可作為高等學(xué)校計算機、電子信息類本科生、研究生進行嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)的教材或參考書，也適合嵌入式開發(fā)的工程技術(shù)人員和廣大的嵌入式開發(fā)愛好者學(xué)習(xí)使用。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  嵌入式系統(tǒng)定義    1.1.1  嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程    1.1.2  嵌入式系統(tǒng)的定義與特點  1.2  嵌入式操作系統(tǒng)    1.2.1  嵌入式實時操作系統(tǒng)    1.2.2  實時操作系統(tǒng)的典型應(yīng)用  1.3  嵌入式技術(shù)在工程領(lǐng)域的應(yīng)用  1.4  嵌入式技術(shù)的發(fā)展趨勢  思考與練習(xí)題第2章  ARM技術(shù)與ARM體系結(jié)構(gòu)  2.1  ARM體系結(jié)構(gòu)版本與內(nèi)核    2.1.1  ARM體系結(jié)構(gòu)版本    2.1.2  ARM內(nèi)核版本命名規(guī)則    2.1.3  主流ARM處理器內(nèi)核系列與應(yīng)用  2.2  ARM內(nèi)核模塊  2.3  ARM處理器的工作模式  2.4  內(nèi)部寄存器    2.4.1  通用寄存器及其分布    2.4.2  程序狀態(tài)寄存器  2.5  ARM異常處理  2.6  存儲方式與存儲器映射機制  2.7  ARM流水線技術(shù)分析  思考與練習(xí)題第3章  ARM指令集尋址方式  3.1  ARM指令的編碼格式  3.2  數(shù)據(jù)處理指令尋址方式  3.3  Load／Store指令尋址    3.3.1  地址計算方法    3.3.2  字、無符號字節(jié)尋址    3.3.3  半字、有符號字節(jié)尋址  3.4  批量Load／Store指令尋址方式  3.5  協(xié)處理器指令尋址方式  思考與練習(xí)題第4章  ARM指令集系統(tǒng)  4.1  數(shù)據(jù)處理指令    4.1.1  基本數(shù)據(jù)處理指令    4.1.2  乘法指令    4.1.3  雜類的數(shù)據(jù)處理指令  4.2  ARM分支指令  4.3  加載／存儲指令    4.3.1  加載／存儲字、無符號字節(jié)指令    4.3.2  半字、有符號字節(jié)訪問指令  4.4  批量加載／存儲指令    4.4.1  基本批量字?jǐn)?shù)據(jù)加載／存儲指令    4.4.2  用戶模式下的批量字?jǐn)?shù)據(jù)加載／存儲指令    4.4.3  帶PSR操作的批量字?jǐn)?shù)據(jù)加載指令  4.5  交換指令  4.6  程序狀態(tài)寄存器PSR訪問指令  4.7  協(xié)處理器操作指令    4.7.1  協(xié)處理器數(shù)據(jù)操作指令    4.7.2  協(xié)處理器加載／存儲指令    4.7.3  ARM寄存器與協(xié)處理器寄存器數(shù)據(jù)傳輸指令  4.8  異常產(chǎn)生指令  思考與練習(xí)題第5章  Thumb指令  5.1  Thumb數(shù)據(jù)處理指令    5.1.1  寄存器移位指令    5.1.2  低位寄存器算術(shù)運算指令    5.1.3  ALU操作指令    5.1.4  帶高位寄存器操作的Thumb指令    5.1.5  帶SP／PC的算術(shù)運算指令  5.2  Thumb存儲器操作指令    5.2.1  字節(jié)、半字和字的加載／存儲指令    5.2.2  批量加載／存儲指令  5.3  Thumh分支指令    5.3.1  B分支指令    5.3.2  帶鏈接的分支指令    5.3.3  帶狀態(tài)切換的分支指令  5.4  Thumb軟中斷指令  5.5  Thumb指令功能碼段分析    5.5.1  Thumb與ARM實現(xiàn)功能比較    5.5.2  Thumb與ARM性能比較  思考與練習(xí)題第6章  ARM匯編偽指令與偽操作  6.1  匯編語言偽指令    6.1.1  ARM匯編語言偽指令    6.1.2  Thumb匯編語言偽指令  6.2  ARM匯編語言偽操作  6.3  ARM匯編偽操作    6.3.1  符號定義偽操作    6.3.2  數(shù)據(jù)定義偽操作    6.3.3  匯編代碼控制偽操作    6.3.4  匯編信息報告控制偽操作    6.3.5  指令集類型標(biāo)識偽操作    6.3.6  文件包含偽操作    6.3.7  其他類型偽操作  6.4  GNU ARM匯編偽操作    6.4.1  符號定義偽操作    6.4.2  數(shù)據(jù)定義偽操作    6.4.3  匯編與反匯編代碼控制偽操作    6.4.4  預(yù)定義控制偽操作  思考與練習(xí)題第7章  匯編語言程序設(shè)計  7.1  ARM編譯環(huán)境下匯編語句    7.1.1  ARM編譯環(huán)境下匯編語句格式    7.1.2  ARM編譯環(huán)境下匯編語句中符號規(guī)則  7.2  GNU環(huán)境下匯編語句與編譯說明    7.2.1  GNU環(huán)境下ARM匯編語句格式    7.2.2  GNU環(huán)境下ARM匯編程序編譯  7.3  ARM匯編語言程序設(shè)計規(guī)范  7.4  ARM匯編語言程序設(shè)計實例解析  思考與練習(xí)題第8蘋  ARM匯編語言與嵌入式c混合編程  8.1  嵌入式C編程規(guī)范  8.2  嵌入式C程序設(shè)計中的位運算  8.3  嵌入式C程序設(shè)計中的幾點說明    8.3.1  Volatile限制符    8.3.2  地址強制轉(zhuǎn)換與多級指針    8.3.3  預(yù)處理的使用  8.4  嵌入式C程序設(shè)計格式  8.5  過程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)ATPCS與AAPCS    8.5.1  寄存器使用規(guī)則    8.5.2  數(shù)據(jù)棧使用規(guī)則    8.5.3  參數(shù)傳遞規(guī)則  8.6  ARM匯編語言與嵌入式C混合編程    8.6.1  內(nèi)嵌匯編    8.6.2  ARM匯編語言與嵌入式C程序相互調(diào)用  思考與練習(xí)題第9章  S3C4480／S3C2410硬件結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)分析  9.1  處理器簡介  9.2  S3C44BO／S3C2410存儲控制器    9.2.1  S3C44BO存儲控制與地址空間    9.2.2  S3C2410存儲控制與地址空間    9.2.3  S3C4480／S3C2410存儲位寬控制    9.2.4  S3C4480／S3C2410存儲器接口時序分析    9.2.5  S3C4480／S3C2410存儲控制寄存器    9.2.6  SDRAM接口電路設(shè)計    9.2.7  S3C4480存儲器初始化實例  9.3  S3C2410 NAND Flash控制器  9.4  S3C44BO／S3C2410時鐘電源管理    9.4.1  S3C4480／S3C2410時鐘管理    9.4.2  S3C4480／S3C2410電源管理    9.4.3  S3C4480／S3c2410時鐘與電源管理專用寄存器  9.5  S3C44BO／S3C2410通用I／O端口    9.5.1  端口控制描述    9.5.2  端口寄存器    9.5.3  通用I／O接口設(shè)計實例  9.6  S3C44BO／S3C2410中斷機制    9.6.1  S3C4480中斷控制器    9.6.2  S3C2410中斷控制器    9.6.3  S3C4480／S3C2410中斷控制特殊功能寄存器    9.6.4  S3C44BO／S3C2410中斷控制器設(shè)計實例  思考與練習(xí)題第10章  S3C4480／S3C2410通信與LCD接口技術(shù)  10.1  S3C4480／S3C2410 UART    10.1.1  UART原理    10.1.2  S3C44BO／S3C2410 UART模塊    10.1.3  S3C4480／S3C2410 UART操作    10.1.4  UART中斷與波特率的計算    10.1.5  S3C44130／S3C2410 UART專用功能寄存器    10.1.6  S3C4480／S3C2410 UART設(shè)計實例  10.2  S3C4480／S3C2410 I2C總線接口    10.2.1 I2C總線原理    10.2.2  S3C4480／S3C2410 I2C總線功能模塊    10.2.3  S3C4480／S3C2410 I2C總線操作    10.2.4  S3C44BO／S3C2410 I2C專用功能寄存器    10.2.5  S3C44BO／S3C2410 I2C總線設(shè)計實例  10.3  S3C44BO／S3C2410 LCD控制器    10.3.1  LCD簡介    10.3.2  S3C4480／S3C2410 LCD控制器模塊    10.3.3  S3C4480／S3C2410 I2CD控制器專用功能寄存器    10.3.4  S3C44BO／S3C2410 I2CD控制器設(shè)計實例    思考與練習(xí)題附錄A  S3C4480／S3C2410封裝與I／O復(fù)用信息附錄B  鏈接定位與系統(tǒng)引導(dǎo)程序參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　緒論本章主要介紹嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷史和相關(guān)概念，當(dāng)前嵌入式技術(shù)的主要應(yīng)用以及市場上最流行的嵌入式產(chǎn)品，通過典型產(chǎn)品實例使讀者了解當(dāng)前嵌入式技術(shù)的應(yīng)用狀況和研究方向。最后介紹了嵌入式技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。1.1　嵌入式系統(tǒng)定義近年來，以集成電路為代表的微電子技術(shù)取得了重大突破，這使計算機技術(shù)、微控制器技術(shù)得到了迅速發(fā)展．再加上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與普及，加速了2l世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)、軍工國防、消費電子、商業(yè)活動、科學(xué)實驗和家庭生活等領(lǐng)域的自動化和信息化進程，這些為嵌入式技術(shù)的大規(guī)模發(fā)展提供了強大的產(chǎn)業(yè)支撐。嵌入式技術(shù)正是在這些領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)需求下產(chǎn)生并一步步壯大的。1.1.1　嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程嵌入式系統(tǒng)從21世紀(jì)開始大規(guī)模發(fā)展起來，但這個概念在上世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)。從20世紀(jì)70年代單片機的出現(xiàn)到目前各式各樣的嵌入式微處理器，微控制器的大規(guī)模應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了30多年的發(fā)展歷史。嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)最初是基于單片機的。20世紀(jì)70年代單片機的出現(xiàn)，使得汽車、家電、工業(yè)機器人、通信裝置以及成千上萬種產(chǎn)品可以通過內(nèi)嵌電子裝置來獲得更佳的使用性能：更容易使用、更快、更便宜。當(dāng)時只是使用8位的芯片，執(zhí)行一些簡單的程序指令，不過這些裝置已經(jīng)初步具備了嵌入式的應(yīng)用特點。Intel公司于1971年開發(fā)出第一片具有4位總線結(jié)構(gòu)的微處理器4004，當(dāng)時主要用于電子玩具、家用電器，電子控制及簡單的計算工具，可以說是嵌入式系統(tǒng)的萌芽階段。1976年Intel公司推出功能相對較完備的單片機8048。Motorola同時推出了68HC05，Zilog公司推出了Z80系列。在80年代初，Intel又進一步完善了8048，在它的基礎(chǔ)上研制成功了8051，這在單片機的歷史上是值得紀(jì)念的一頁。目前，51系列的單片機仍然在市場上占有很大的比例，在各種產(chǎn)品中有著非常廣泛的應(yīng)用。

編輯推薦

《ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程》特點：對嵌入式底層硬件知識進行精心規(guī)劃，以大量的實例說明技術(shù)難點，圖表并用.循序漸進、深入淺出。以“ARM體系結(jié)構(gòu)-指令系統(tǒng)-匯編程序設(shè)計-匯編與C混合編程-硬件下編程”為主線。 支持ARM開發(fā)工具和GNU ARM兩種開發(fā)環(huán)境，給出基于ARM7／ARM9的典型微控制器S3C44BO／S3C2410經(jīng)典開發(fā)實例。并配有詳盡的注解。適合嵌入式系統(tǒng)初學(xué)者低起點、高效率地學(xué)習(xí)理論，深入實踐，快速掌握嵌入式系統(tǒng)底層開發(fā)知識。

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