嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)及應用實踐

前言

隨著嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)控制、智能儀表、信息家電和網(wǎng)絡通信等領域的廣泛應用，嵌入式系統(tǒng)取得了前所未有的發(fā)展。多媒體移動電話、數(shù)字個人助理PDA、數(shù)字導航儀、MP3/MP4及網(wǎng)絡路由器等無一不是嵌入式系統(tǒng)的應用產(chǎn)品，可以相信,隨著數(shù)字多媒體時代的來臨，嵌入式系統(tǒng)將會有更加廣闊的發(fā)展前景。？？？？尤其是以信息家電為代表的互聯(lián)網(wǎng)時代嵌入式產(chǎn)品，不僅為嵌入式市場展現(xiàn)了美好的前景，注入了新的生命，同時也對嵌入式系統(tǒng)技術，特別是軟件技術提出了新的挑戰(zhàn)。這些主要包括：支持日趨增長的功能密度、靈活的網(wǎng)絡連接、輕便的移動應用和多媒體信息處理。中國的傳統(tǒng)家電廠商在向信息家電過渡時，首先面臨的挑戰(zhàn)是核心操作系統(tǒng)軟件開發(fā)工作。嵌入式操作系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)桌面操作系統(tǒng)，其行業(yè)特征比較突出，應用領域十分廣泛，不可能為一家或幾家公司所壟斷。根據(jù)行業(yè)特征開發(fā)出適合需求的嵌入式實時操作系統(tǒng)是完全有可能的。這也是本書作者專門用一整章的篇幅來介紹“開發(fā)具有自主產(chǎn)權的實時操作系統(tǒng)”的原因所在。同時，也想喚醒讀者對開發(fā)具有自主產(chǎn)權的實時操作系統(tǒng)的認識和重視。近年來，面對這種形勢，嵌入式系統(tǒng)業(yè)界人士廣泛掀起了學習嵌入式系統(tǒng)理論及應用開發(fā)的熱潮，相關的出版物、培訓班如雨后春筍。無論是原有的嵌入式系統(tǒng)業(yè)界人士，還是剛進入嵌入式系統(tǒng)的人們,都渴望了解嵌入式系統(tǒng)理論，掌握嵌入式系統(tǒng)的應用技術。高等院校面對這種形勢，也迫切需要開設相應的課程。因此，為了滿足高等院校嵌入式系統(tǒng)教學以及社會上各種培訓的需要，作者結合幾年來在嵌入式系統(tǒng)領域教學與開發(fā)的經(jīng)驗和特點，編寫了這本書。全書共分13章，具體內(nèi)容安排如下：第1章簡單介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念和特點,重點給出嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)所面臨的問題和常見的開發(fā)流程，為讀者建立一個較為完整的嵌入式軟硬件協(xié)同開發(fā)的思想。第2章主要從嵌入式系統(tǒng)的體系結構、流水線結構、存儲器結構、編程結構及寄存器結構等方面進行介紹。從開發(fā)設計出發(fā)，重點介紹嵌入式系統(tǒng)的編程結構和寄存器結構。第3章詳細介紹ARM系統(tǒng)的指令尋址方式和指令系統(tǒng)，著重介紹32位ARM指令集。16位的Thumb指令集是32位ARM指令的一個子集，掌握了32位ARM指令后，很容易掌握Thumb指令集。為此，本書對Thumb指令集未作過多介紹。同時，作者認為嵌入式系統(tǒng)軟件大多使用類似C語言開發(fā)，故嵌入式匯編也未作介紹。第4章著重從ARM內(nèi)核的基本結構、ARM存儲器組織、ARM處理器模式、ARM的中斷和異常等方面介紹以ARM為內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)結構。第5章詳細介紹在ARM系統(tǒng)中存儲器的系統(tǒng)結構、存儲器配置、存儲器擴展與訪問、存儲器的編程與應用等硬件開發(fā)中必不可少的環(huán)節(jié)。第6章詳細介紹ARM系統(tǒng)中常用的接口，如UART、IIC、SPI、USB、RJ45、JTAG、復位電路和電源管理等的設計與管理。第7章以ARM7中的S3C44B0X和ARM中的S3C2410X為例，詳細介紹ARM系統(tǒng)I/O端口的設計與管理，以及嵌入式系統(tǒng)中I/O端口的應用。第8章以ARM7中的S3C44B0X和S3C4510B以及ARM9中的S3C2410X為例，從中斷源、中斷模式、中斷管理以及不同ARM芯片的中斷管理器等諸方面詳細介紹ARM系統(tǒng)中的中斷系統(tǒng)。第9章介紹ARM系統(tǒng)中常用的人機接口技術,如鍵盤接口、鼠標接口及LCD接口技術的擴展及管理應用；重點針對ARM7中的S3C44B0X和ARM9中的S3C2410X，對LCD接口管理集成技術進行了詳細介紹。第10章介紹ARM系統(tǒng)中常用的開發(fā)環(huán)境與開發(fā)工具，以及如何選擇,并詳細介紹ADS1.2 集成開發(fā)環(huán)境的使用。第11章簡單介紹ARM嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念和特點，以及ARM實時操作系統(tǒng)的基本概念和系統(tǒng)特征等；詳細介紹較為流行的霤/OS-Ⅱ，WindowsCE，霤Linux三大操作系統(tǒng)的結構和特點。第12章詳細介紹開發(fā)具有自主產(chǎn)權的實時操作系統(tǒng)的必要性，以及其中的中斷管理技術、存儲器管理技術和人機接口管理技術。嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)及應用實踐第13章介紹系統(tǒng)移植技術的基本原理和方法，詳細介紹霤/OS-Ⅱ，WindowsCE，霤Linux三大操作系統(tǒng)的基本移植方法。本書力爭做到內(nèi)容緊湊,從易到難,表達簡潔，同時也注重開發(fā)實例的實用性，貼近實際工程應用。希望書中介紹的內(nèi)容能使讀者快速、全面地掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應用技術，對應用實踐有所幫助。本書的第1、3、10、11、13章由王梅英整理、編寫，其余部分由楊維劍整理、編寫。另外，趙磊、唐兵、劉旭、杜江、張俊嶺、劉秋紅、冉林倉、張海霞、范翠麗、楊小勇、李龍、劉詠、向登寧、楊軍、沈應逵、張濤、周松建、謝振華、黃麗娜和孫英等也編寫了部分內(nèi)容。同時，本書中也引用了參考文獻中的一些信息，在此對所引用的參考文獻的作者表示感謝！

內(nèi)容概要

本書是嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)理論與應用實踐相結合的專業(yè)書籍。它以ARM系列為核心，從存儲器擴展、I／0口擴展、中斷系統(tǒng)及各種接口的擴展與應用，到軟件開發(fā)、系統(tǒng)移植等．完整地講述了嵌入式系統(tǒng)的基礎知識及其軟硬件開發(fā)技術；并針對開發(fā)具有自主產(chǎn)權的實時操作系統(tǒng)，講述了其中的中斷管理技術、存儲器管理技術以及人機接口管理技術等。    本書可作為普通高等院校高年級學生教材，也可作為基于ARM的硬件設計、系統(tǒng)軟件開發(fā)設計參考書。

書籍目錄

第1章　嵌入式系統(tǒng)概述  1.1　嵌入式系統(tǒng)的基本概念  1.2　嵌入式系統(tǒng)的特點  1.3　嵌入式系統(tǒng)的應用  1.4　嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)    1.4.1　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)考慮的要素    1.4.2　軟硬件協(xié)同設計    1.4.3　嵌入式系統(tǒng)硬件開發(fā)    1.4.4　嵌入式軟件開發(fā)的特點和技術挑戰(zhàn)    1.4.5　嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境    1.4.6　嵌入式應用軟件開發(fā)過程    1.4.7　嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程　習題第2章　嵌入式系統(tǒng)的結構  2.1　嵌入式系統(tǒng)的體系結構    2.1.1　嵌入式系統(tǒng)體系結構簡介    2.1.2　嵌入式系統(tǒng)體系結構的重要性    2.1.3　嵌入式系統(tǒng)體系結構模型  2.2　嵌入式系統(tǒng)的流水線結構  2.3　嵌入式系統(tǒng)的存儲器結構  2.4　嵌入式系統(tǒng)的編程結構  習題第3章  嵌入式系統(tǒng)的指令結構及指令系統(tǒng)　3.1　嵌入式處理器尋址方式　3.2　指令集介紹    3.2.1 ARM微處理器的指令的分類與格式    3.2.2　指令的條件域  3.3 ARM指令集    3.3.1　跳轉(zhuǎn)指令  　3.3.2　數(shù)據(jù)處理指令    3.3.3　乘法指令與乘加指令    3.3.4　程序狀態(tài)寄存器訪問指令    3.3.5　加載／存儲指令    3.3.6　批量數(shù)據(jù)加載／存儲指令    3.3.7　數(shù)據(jù)交換指令    3.3.8　移位指令(操作)    3.3.9　協(xié)處理器指令    3.3.10　異常產(chǎn)生指令　3.4　Thumb指令集　習題第4章  以ARM為核心的嵌入式系統(tǒng)結構　4.1　ARM核概述    4.1.1　ARM公司簡介    4.1.2　ARM核的特點　4.2 ARM內(nèi)核的基本結構    4.2.1　ARM內(nèi)核    4.2.2　ARM擴展功能塊    4.2.3　ARM啟動方式　4.3　ARM處理器模式　4.4　ARM的存儲器結構  　4.4.1　ARM存儲方法  　4.4.2　存儲空間管理單元MMU　4.5　ARM的編程結構  　4.5.1　ARM微處理器的工作狀態(tài)　　……第5章　ARM系統(tǒng)中的存儲器設計與管理第6章　ARM系統(tǒng)中的接口設計與管理第7章　ARM系統(tǒng)的I／0端口設計與管理第8章  ARM系統(tǒng)中的中斷系統(tǒng)第9章　ARM系統(tǒng)中的人機接口技術第10章　ARM系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境與開發(fā)工具第11章　ARM嵌入式操作系統(tǒng)第12章　開發(fā)具有自主產(chǎn)權的實時操作系統(tǒng)第13章　系統(tǒng)移植技術參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：由于嵌入式系統(tǒng)是應用于特定環(huán)境下，針對特定用途來設計的系統(tǒng)，所以不同于通用計算機系統(tǒng)。同樣是計算機系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應用設計的“專用系統(tǒng)”。它的硬件和軟件都必須高效率地設計，“量體裁衣”、去除冗余，力爭在較少的資源上實現(xiàn)更高的性能。與通用的計算機系統(tǒng)相比，它具有以下顯著特點。1.是“專用”的計算機系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定任務的，而不同于一般通用PC平臺，是“專用”的計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)微處理器大多非常適合于工作在為特定用戶群所設計的系統(tǒng)中，稱為專用微處理器。它專用于某個特定的任務，或者很少幾個任務。具體的應用需求決定著嵌入式處理器性能的選型和整個系統(tǒng)的設計。如果要更改其任務，就可能要廢棄整個系統(tǒng)并重新設計。2.運行環(huán)境差異大嵌入式系統(tǒng)無所不在，但其運行環(huán)境差異很大，可運行在飛機上、冰天雪地的兩極、溫度很高的汽車里及要求濕度恒定的科學實驗室等。特別是在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，要求系統(tǒng)仍能夠正常工作。這些情況對設計人員來說，意味著要同時考慮到硬件與軟件?！皣揽岬沫h(huán)境”一般意味著更高的溫度與濕度。軍用設備標準對嵌入式元器件的要求非常嚴格，并且在價格上與商用、民用差別很大。例如，Intel公司的8086，當它用在火箭上時，單價竟高達幾百美元。3.比通用PC系統(tǒng)資源少嵌入式系統(tǒng)比通用PC系統(tǒng)資源少得多。通用PC系統(tǒng)有數(shù)不勝數(shù)的系統(tǒng)資源，可輕松地完成各種工作。在自己的PC上編寫程序的同時，可播放MP3、CD和下載資料等。因為通用PC擁有512MB內(nèi)存、80GB硬盤空間，并且在SCSI卡上連接軟驅(qū)和CD-ROM驅(qū)動器已是目前非常普遍的配置了。而控制GPS接收機的嵌入式系統(tǒng)，由于是專門用來執(zhí)行很少幾個確定任務的，因此它所能管理的資源比通用PC系統(tǒng)少得多。當然，這主要是因為在設計時考慮到經(jīng)濟性。不能使用通用CPU，這就意味著所選用的CPU只能管理很少的資源，其成本更低，結構更簡單。

編輯推薦

《嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)及應用實踐》：“十二五”高等院校規(guī)劃教材。

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