嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

前言

嵌入式系統(tǒng)近10年來(lái)飛速發(fā)展，微控制器、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器（DsP）都有長(zhǎng)足進(jìn)步。各種系列的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有上千種之多。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室快速走向社會(huì)各個(gè)角落，走進(jìn)每一個(gè)家庭。不論是在通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、機(jī)電一體設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化智能設(shè)備、智能傳感器，還是數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、VCD、DVD等各種音像設(shè)備中都有它的身影。為了從眾多嵌入式微處理器中找到它們的共同的性能、特點(diǎn)，從而使相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生、工程技術(shù)人員對(duì)它的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)、解決方法、發(fā)展方向、使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題等有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，我們集合本實(shí)驗(yàn)室各方力量，共同完成了本書(shū)的編撰。本書(shū)由張培仁教授策劃、主編、審查，并進(jìn)行了全面校正。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)嵌入式系統(tǒng)與控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室從事嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與科研已經(jīng)有30多年的歷史，從事現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)也有10年歷史。本實(shí)驗(yàn)室教師、工程師和研究生，在已有資料的基礎(chǔ)上重新編寫(xiě)此書(shū)。在編著過(guò)程中，我們對(duì)資料做了大量的修改和增刪，并將5年來(lái)的科研成果編入其中。因而本書(shū)應(yīng)是近年來(lái)本實(shí)驗(yàn)室科研教學(xué)的總結(jié)，另一方面也為今后開(kāi)設(shè)相關(guān)課程做好準(zhǔn)備。在長(zhǎng)期計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)教學(xué)的過(guò)程中，經(jīng)常遇到學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)“一看就懂、一放就忘、一用就錯(cuò)”的問(wèn)題，本書(shū)在編著過(guò)程中盡可能使讀者知其然也知其所以然。毛主席在《實(shí)踐論》中曾寫(xiě)道：“感覺(jué)到了的東西，我們不能立刻理解它，只有理解了的東西才更深刻地感覺(jué)它。”任何一種技術(shù)都是當(dāng)前科學(xué)發(fā)展程度、工藝水平、市場(chǎng)需求、價(jià)格比等因素的平衡點(diǎn)。只有了解嵌入式技術(shù)發(fā)展歷史、當(dāng)前要解決的主要問(wèn)題、生產(chǎn)和工藝上的難點(diǎn)、技術(shù)發(fā)展方向，才能深入理解嵌入式微處理各種技術(shù)的設(shè)計(jì)思想。在此基礎(chǔ)上，再去使用各種嵌入式微處理器的各種功能才不容易犯錯(cuò)誤。這樣才能充分使用已有硬件，編寫(xiě)相應(yīng)軟件和算法，完成期望的功能。本書(shū)是幾個(gè)科研項(xiàng)目的總結(jié)。參加項(xiàng)目的有趙松、潘可、王康正、李吳華、段雄、許波、王津津、高修峰、張志堅(jiān)、蔣海峰、鄭艷霞、趙鵬、鄧超、張華賓、杜洪亮、王亮、顏進(jìn)軍、凌來(lái)根、崔軍輝、楊一敏、張韶全、婁亮、蔣潤(rùn)、高飛、黃捷等同志。本書(shū)由張培仁教授總結(jié)審定，具體工作分配如下：第1、3、5、6、9、11章由張培仁執(zhí)筆，第2、4、8章由潘可執(zhí)筆，第7、10、12章由趙松執(zhí)筆，第13章由楊興明執(zhí)筆。

內(nèi)容概要

本書(shū)從眾多嵌入式微處理器中總結(jié)其設(shè)計(jì)共性、特點(diǎn)，依次介紹單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)專用術(shù)語(yǔ)和應(yīng)注意的問(wèn)題、嵌入式微處理器編程語(yǔ)言、先進(jìn)8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位ARM處理器、DSP、嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器、嵌入式系統(tǒng)I／O接口電路設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)低功耗、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以及嵌入式系統(tǒng)干擾類型和抗干擾技術(shù)。書(shū)中所采用的例子均為經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的成熟實(shí)例。本書(shū)可作為計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子工程、機(jī)械工程等專業(yè)?？粕?、本科生、研究生教材，也可作為相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的參考書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

張培仁，1944年4月出生，1966年畢業(yè)于北京理工大學(xué)。1977年前主要從事集成電路設(shè)計(jì)，測(cè)試儀器。1978年調(diào)入中科大，后在科大計(jì)算中心工作。1990年調(diào)到自動(dòng)化系。15年來(lái)正式出版專著6本（科大出版社等出版社），2002年清華大學(xué)出版社出版《基于C51/MCS51的原理和應(yīng)用》專著一本。主要著作為（1）單片機(jī)方面專著（2）大型遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。自動(dòng)控制技術(shù)專著（2001年）。已發(fā)表論文50篇。90年以來(lái)科研經(jīng)費(fèi)200萬(wàn)。不包括二灘安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件180萬(wàn)。專利5項(xiàng)。近期著作：《基于C51/MCS51的原理和應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社，2002年；自動(dòng)控制技術(shù)原理及應(yīng)用——監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，2001科大出版社出版；近期論文：1．基于嵌入式微控制器的PID整定儀,微機(jī)算計(jì)信息，2002.12．高靈敏度圖像煙霧相對(duì)濃度探測(cè)儀開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)，火災(zāi)科學(xué)，2001.13．典型電機(jī)控制芯片TMS320F240,電子質(zhì)量，2002，2，4．使用DSP及脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)芯片A3952控制擺立擺，電子技術(shù)，2002，25．基于DSP的旋轉(zhuǎn)式倒立擺控制系統(tǒng)，全球華人智能自動(dòng)化大會(huì)，WCICA’2002,2002,66．EPAC器件技術(shù)概述及應(yīng)用,電子測(cè)量技術(shù)，2001,67．獨(dú)立CAN總線控制器SJA1000,國(guó)外電子元器件，2001.18．虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在CAN總線監(jiān)控節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用，微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2001.29．基于DSP的CAN總線智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，2002年電子測(cè)量學(xué)術(shù)會(huì)議，2002.1010．基于CAN總線的火災(zāi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，電子與自動(dòng)化，2000.211．采用EPP協(xié)議的CAN總線監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2001.212．PCF8583時(shí)鐘日立芯片的應(yīng)用（上）電子質(zhì)量，2002.613．PCF8583時(shí)鐘日立芯片的應(yīng)用（下）電子質(zhì)量，2002.714．單片機(jī)系統(tǒng)鍵盤(pán)及液晶顯示器的研究（上），電子質(zhì)量，2002,815．單片機(jī)系統(tǒng)鍵盤(pán)及液晶顯示器的研究（下），電子質(zhì)量，2002,916．CAN現(xiàn)場(chǎng)總線在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，微計(jì)算機(jī)信息，2002.717．分布式CAN總線控制系統(tǒng)，自動(dòng)化儀表（已錄用）獲獎(jiǎng)情況:發(fā)明專利名稱、受理號(hào)、授權(quán)號(hào)1.發(fā)明：一種二總線遠(yuǎn)程供電電源及其通信系統(tǒng)00121828.X2.實(shí)用：一種二總線遠(yuǎn)供電源和通信裝置ZL0024243.43.發(fā)明：煙霧相對(duì)濃度圖象探測(cè)器及其探測(cè)方法ZL00240640.34.實(shí)用：煙霧相對(duì)濃度圖象探測(cè)器00240640.31、中國(guó)科學(xué)院三等獎(jiǎng)一次；2、安徽省科學(xué)進(jìn)步獎(jiǎng)（三等獎(jiǎng)）一次；3、王寬成育才獎(jiǎng)一次。近期項(xiàng)目簡(jiǎn)介:1、32位嵌入式微處理器軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)科研；2、CAN現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)；3、有關(guān)機(jī)器人的研究。

書(shū)籍目錄

第1章  單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)　1.1  單片機(jī)仿真器　1.2  單片機(jī)開(kāi)發(fā)器（仿真器）的功能、結(jié)構(gòu)、分類　1.3  ROM仿真器　1.4  實(shí)時(shí)在線ICE仿真器　1.5  軟件仿真器　1.6  JTAG仿真器　1.7  嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用　1.8  嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)　1.9  嵌入式系統(tǒng)的種類　1.10  嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前對(duì)用戶的需求分析第2章  嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)　2.1  嵌入式操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介　2.2  實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的一些基本概念　2.3  μC/OS-Ⅱ內(nèi)核結(jié)構(gòu)　2.4  嵌入式Linux操作系統(tǒng)　2.5  Windows CE操作系統(tǒng)　2.6  本章小結(jié)第3章  嵌入式系統(tǒng)專用術(shù)語(yǔ)和應(yīng)注意的問(wèn)題　3.1  與中央處理器有關(guān)的名詞術(shù)語(yǔ)　3.2  與系統(tǒng)有關(guān)的名詞術(shù)語(yǔ)　3.3  使用嵌入式系統(tǒng)應(yīng)注意的問(wèn)題　3.4  芯片封裝技術(shù)　3.5  本章小結(jié)第4章  嵌入式微處理器編程語(yǔ)言　4.1  匯編語(yǔ)言　4.2  C語(yǔ)言　4.3  混合編程　4.4  本章小結(jié)第5章  先進(jìn)8位單片機(jī)　5.1  8位機(jī)發(fā)展的3個(gè)技術(shù)飛躍　5.2  C8051F系列單片機(jī)總體體系結(jié)構(gòu)　5.3  CIP-51微控制器　5.4  存儲(chǔ)器組織　5.5  特殊功能寄存器（SFR）　5.6  總線復(fù)用和非復(fù)用選擇　5.7  時(shí)鐘信號(hào)　5.8  復(fù)位電路　5.9  中斷系統(tǒng)　5.10  JTAG原理　5.11  數(shù)字I/O口　5.12  8位單片機(jī)C語(yǔ)言編程應(yīng)用實(shí)例　5.13  本章小結(jié)第6章  16位單片機(jī)簡(jiǎn)介　6.1  凌陽(yáng)16位單片機(jī)　6.2  SPCE061A　6.3  SPMC70lFMOA　6.4  本章小結(jié)第7章  32位ARM處理器　7.1  ARM處理器選擇的一般原則　7.2  ARM7處理器S3C44BOX　7.3  S3C44BOX編程實(shí)例　7.4  ARM9處理器Xscale PXA255　7.5  PXA255外圍器件的設(shè)計(jì)　7.6  本章小結(jié)第8章  DSP概述　8.1  DSP的發(fā)展與特點(diǎn)　8.2  DSP的分類與選型　8.3  DSP各主要功能描述　8.4  DSP實(shí)例應(yīng)用一TMS320LF2407在電機(jī)控制中的應(yīng)用　8.5  本章小結(jié)第9章  嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器　9.1  選擇嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器應(yīng)注意的問(wèn)題　9.2  存儲(chǔ)器工作時(shí)序　9.3  存儲(chǔ)器分類　9.4  EPROM　9.5  EEPROM　9.6  Flasll　9.7  微處理內(nèi)部的Flash在線編程　9.8  編程器　9.9  本章小結(jié)第10章  嵌入式系統(tǒng)I/O接口電路設(shè)計(jì)　10.1  嵌入式系統(tǒng)I/O接口的硬件結(jié)構(gòu)　10.2  嵌入式系統(tǒng)A/D、D/A接口設(shè)計(jì)　10.3  高精度遠(yuǎn)程隔離型多路AI/AO控制電路設(shè)計(jì)　10.4  擴(kuò)展32個(gè)輸入口、32個(gè)輸出口的實(shí)例　10.5  串入并出、并入串出驅(qū)動(dòng)程序?qū)嵗?0.6  本章小結(jié)第11章  嵌入式系統(tǒng)低功耗　11.1  低功耗原理　11.2  幾種低功耗中央處理器的結(jié)構(gòu)　11.3  低功耗系統(tǒng)要解決的問(wèn)題　11.4  本章小結(jié)第12章  現(xiàn)場(chǎng)總線　12.1  總線定義　12.2  現(xiàn)場(chǎng)總線的分類　12.3  CAN總線技術(shù)　12.4  遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　12.5  遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)　12.6  本章小結(jié)第13章  干擾類型和抗干擾技術(shù)　13.1  噪聲的定義　13.2  噪聲的分類　13.3  干擾的耦合方式　13.4  抗干擾技術(shù)措施　13.5  本章小結(jié)附錄1  SD卡在PXA255中的使用原理圖附錄2  UCB1400周邊電路圖附錄3  C8051F040中的CAN寄存器參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)1.1 單片機(jī)仿真器單片機(jī)開(kāi)發(fā)人員都知道，不同的嵌入式微處理器所用的單片機(jī)開(kāi)發(fā)器也不同。沒(méi)有單片機(jī)仿真器就無(wú)法開(kāi)發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)。在調(diào)試嵌入式MCU應(yīng)用程序時(shí)，會(huì)出現(xiàn)編程錯(cuò)誤、硬件錯(cuò)誤、接口驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)格式錯(cuò)誤等等。總的來(lái)說(shuō)有兩種錯(cuò)誤：一種為語(yǔ)法錯(cuò)誤，另一種為非語(yǔ)法錯(cuò)誤。前者在編譯時(shí)可以被發(fā)現(xiàn)并糾正。后者（如I/O定義和使用錯(cuò)誤、邏輯順序錯(cuò)誤、硬件接口及可編程控制字錯(cuò)誤等）只有在調(diào)試目標(biāo)系統(tǒng)時(shí)才能夠被確認(rèn)、定位、改正。所以，開(kāi)發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)一定要有仿真器。仿真器種類很多，那么一個(gè)仿真器應(yīng)具有什么結(jié)構(gòu)和功能呢？1.2 單片機(jī)開(kāi)發(fā)器（仿真器）的功能、結(jié)構(gòu)、分類單片機(jī)開(kāi)發(fā)與PC機(jī)開(kāi)發(fā)有很大不同。PC機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試器和被調(diào)試的程序常常是在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)（也就是同一個(gè)CPU）上，操作系統(tǒng)也相同，例如都在Windows平臺(tái)上利用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。調(diào)試器（即主機(jī)PC機(jī)）進(jìn)程通過(guò)操作系統(tǒng)提供調(diào)用接口來(lái)控制被調(diào)試的進(jìn)程或程序。而單片機(jī)操作系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)機(jī)（PC機(jī)）和目標(biāo)機(jī)（用戶用的CPU）處于不同的機(jī)器中，程序在開(kāi)發(fā)機(jī)（即PC機(jī)）上進(jìn)行編輯、交叉編譯、連接定位，然后下載到單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試。也就是說(shuō)，調(diào)試器程序運(yùn)行于桌面操作系統(tǒng)，而被調(diào)試的程序運(yùn)行于嵌入式操作系統(tǒng)上。這樣就產(chǎn)生如下問(wèn)題：兩者如何進(jìn)行通訊。因?yàn)橐ㄓ崳ù?、并行通訊）就可能占用嵌入式微處理資源，這是否會(huì)影響嵌入式系統(tǒng)的功能，通訊是否受到限制。

編輯推薦

《嵌入式系統(tǒng)技術(shù)》可作為計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、電子工程、機(jī)械工程等專業(yè)專科生、本科生、研究生教材，也可作為相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的參考書(shū)。嵌入式系統(tǒng)近10年來(lái)飛速發(fā)展，微控制器、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）都有長(zhǎng)足進(jìn)步。各種系列的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有上千種之多。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室快速走向社會(huì)各個(gè)角落，走進(jìn)每一個(gè)家庭。不論是在通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、機(jī)電一體設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化智能設(shè)備、智能傳感器，還是數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、VCD、DVD等各種音像設(shè)備中都有它的身影。

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