嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

前言

　　當前，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，如科學研究、工業(yè)制造與控制、交通與通信、儀器儀表、汽車電子、醫(yī)療衛(wèi)生、國防軍事、消費娛樂等應(yīng)用領(lǐng)域。今天，幾乎所有的電子設(shè)備里面都有嵌入式系統(tǒng)的影子?？梢哉f，嵌入式系統(tǒng)和嵌入式技術(shù)無處不在，它們已成為計算機應(yīng)用中最具活力的一部分。因此，研究和開發(fā)嵌入式系統(tǒng)及其產(chǎn)品已成為當前熱點之一。　　本書是作者在杭州電子科技大學為碩士研究生和高年級本科生開設(shè)的“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程講稿的基礎(chǔ)上，根據(jù)多年的教學和科研實踐心得修改而成的。對于廣大高等院校高年級學生和碩士研究生而言，本書是一本學習嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的教材；對于從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的工作者而言，本書是一本實用的參考書。本書在編寫時，充分考慮了嵌入式開發(fā)過程中不同層次讀者的要求，努力做到以下3點：　?。?）內(nèi)容緊湊。每章首先給出基本概念和基本理論，然后理論聯(lián)系實際，給出實際的參考例子和解釋，敘述上力求簡明扼要，由淺入深?！　。?）覆蓋面廣。本書不僅系統(tǒng)地介紹了嵌入式軟／硬件系統(tǒng)的組成和工作原理，還詳細地闡述了嵌入式軟／硬件系統(tǒng)的設(shè)計流程和方法?！　。?）實踐性強。本書兼顧教學和科研的需要，既有豐富的基本理論知識介紹，也有大量的實踐實例，這些都是作者多年從事嵌入式產(chǎn)品開發(fā)和科研項目的實踐經(jīng)驗的總結(jié)，具有參考意義和實用價值。

內(nèi)容概要

　　《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)》系統(tǒng)地介紹了嵌入式軟／硬件系統(tǒng)的組成、工作原理、設(shè)計流程和方法。全書共10章，主要內(nèi)容包括嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法、ARM體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)、基于S3C2410的硬件電路設(shè)計、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、嵌入式Linux系統(tǒng)的Boot Loader設(shè)計、嵌入式Linux程序設(shè)計基礎(chǔ)、嵌入式Linux系統(tǒng)的驅(qū)動開發(fā)、嵌入式網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計和嵌入式Linux圖形用戶界面編程等?！　　肚度胧较到y(tǒng)設(shè)計與開發(fā)》可作為高等院校電子與通信類專業(yè)的教材，也可作為電子與通信領(lǐng)域的科研及工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

第1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)1.1 嵌入式系統(tǒng)簡介1.1.1 現(xiàn)代計算機的發(fā)展歷程1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的定義和特點1.1.3 嵌入式系統(tǒng)的組成1.1.4 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用模式1.1.5 嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向1.2 嵌入式處理器1.2.1 嵌入式處理器的分類1.2.2 ARM微處理器1.2.3 PowerPC. MIPS及X86架構(gòu)1.3 嵌入式操作系統(tǒng)1.3.1 嵌入式操作系統(tǒng)的概念和分類1.3.2 嵌入式操作系統(tǒng)的特點1.3.3 典型嵌入式操作系統(tǒng)練習題第2章 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法2.1 嵌入式系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)2.1.1 硬件層2.1.2 中間層2.1.3 軟件層2.1.4 功能層2.2 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計流程2.2.1 需求分析2.2.2 規(guī)格說明2.2.3 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.4 軟／硬件構(gòu)件設(shè)計2.2.5 系統(tǒng)集成2.3 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計流程模型2.3.1 瀑布模型2.3.2 逐步求精模型2.3.3 螺旋模型2.3.4 其他模型2.4 嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試與測試2.4.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的輔助工具2.4.2 嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試2.4.3 嵌入式系統(tǒng)的測試練習題第3章 ARM體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)3.1 ARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)3.1.1 ARM指令集體系結(jié)構(gòu)的版本及變種3.1.2 ARM微處理器系列產(chǎn)品分類及性能3.1.3 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)3.1.4 ARM體系的異常中斷3.2 指令系統(tǒng)3.2.1 ARM指令編碼格式與條件碼3.2.2 ARM指令集的尋址方式3.2.3 ARM指令系統(tǒng)的分類3.2.4 Thumb指令3.3 基于ARM體系的匯編語言程序設(shè)計3.3.1 ARM匯編器所支持的偽指令3.3.2 匯編語言的語句格式3.3.3 匯編語言的程序結(jié)構(gòu)及子程序調(diào)用3.3.4 ARM集成開發(fā)環(huán)境ADS的使用練習題第4章 基于S3C2410的硬件電路設(shè)計4.1 基于微處理器的嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1.1 微處理器芯片選型的一般原則4.1.2 多路時鐘電路的設(shè)計4.1.3 電源電路的設(shè)計4.1.4 系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計4.2 存儲系統(tǒng)的分析與設(shè)計4.2.1 存儲器的分類4.2.2 S3C2410存儲系統(tǒng)的構(gòu)成分析4.2.3 S3C2410存儲器系統(tǒng)的設(shè)計4.3 通用I／O接口的設(shè)計4.3.1 中斷接口概述4.3.2 RS-232-C串行接口的設(shè)計4.3.3 USB接口電路的設(shè)計4.3.4 JTAG接口4.3.5 A／D轉(zhuǎn)換接口4.3.6 以太網(wǎng)接口4.4 人機交互接口4.4.1 顯示接口4.4.2 觸摸屏接口練習題第5章 嵌入式Linux操作系統(tǒng)5.1 Linux及其應(yīng)用5.1.1 Linux與Unix和GNU5.1.2 Linux的特點5.1.3 Linux的發(fā)展及應(yīng)用5.2 嵌入式Linux內(nèi)核5.2.1 嵌入式Linux的內(nèi)核特征5.2.2 進程管理5.2.3 內(nèi)存管理5.2.4 文件系統(tǒng)管理5.2.5 設(shè)備管理5.2.6 進程間通信機制5.3 嵌入式Linux文件系統(tǒng)5.3.1 嵌入式文件系統(tǒng)介紹5.3.2 Linux文件系統(tǒng)概述5.3.3 嵌入式Linux常用文件系統(tǒng)5.3.4 嵌入式Linux文件系統(tǒng)框架和特性5.4 典型嵌入式Linux系統(tǒng)5.4.1 霤Linux5.4.2 RT-Linux5.4.3 MontaVistaLinux5.4.4 RTAI練習題第6章 嵌入式Linux系統(tǒng)的Boot Loader設(shè)計6.1 Boot Loader的墓本概念6.1.1 Boot Loader所支持的CPU和嵌入式板6.1.2 Boot Loader的安裝媒介6.1.3 用于控制Boot Loader的設(shè)備或機制6.1.4 Boot Loader的啟動過程6.1.5 Boot Loader的操作模式6.1.6 Boot Loader與主機之間的文件傳輸協(xié)議6.2 基于S3C2410開發(fā)板的Boot Loader的具體實現(xiàn)6.2.1 系統(tǒng)啟動流程的設(shè)計6.2.2 Boot Loader的具體實現(xiàn)練習題第7章 嵌入式Linux程序設(shè)計基礎(chǔ)7.1 嵌入式Linux開發(fā)基礎(chǔ)7.1.1 嵌入式Linux開發(fā)步驟7.1.2 嵌入式Linux的安裝7.1.3 開發(fā)工具的配置7.2 Linux的常用工具7.2.1 Shell編程7.2.2 常用Shell命令7.2.3 Shell編程實例7.2.4 程序編輯器7.3 嵌入式Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)工具7.3.1 編譯器GCC7.3.2 Makefile7.3.3 調(diào)試器GDB7.3.4 二進制代碼工具7.4 交叉開發(fā)環(huán)境7.4.1 交叉開發(fā)環(huán)境介紹7.4.2 應(yīng)用程序的遠程交叉調(diào)試練習題第8章 嵌入式Linux系統(tǒng)的驅(qū)動開發(fā)8.1 Linux下的設(shè)備驅(qū)動程序簡介8.1.1 設(shè)備驅(qū)動程序的概念8.1.2 驅(qū)動設(shè)備的分類8.1.3 設(shè)備文件8.1.4 主設(shè)備號和次設(shè)備號8.1.5 Linux設(shè)備驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)8.2 設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)過程8.2.1 模塊化驅(qū)動程序設(shè)計8.2.2 字符設(shè)備注冊和初始化8.2.3 中斷管理8.2.4 設(shè)備驅(qū)動開發(fā)的摹本函數(shù)8.3 串口驅(qū)動程序設(shè)計8.3.1 終端設(shè)備和控制臺8.3.2 Linux串口驅(qū)動程序分析8.4 LCD驅(qū)動程序設(shè)計分析8.4.1 LCD控制器8.4.2 framebuffer設(shè)備驅(qū)動程序分析8.4.3 LCD驅(qū)動開發(fā)的主要工作8.5 中斷處理8.5.1 中斷程序分析8.5.2 一個簡單的中斷處理程序練習題第9章 嵌入式網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計9.1 嵌入式以太網(wǎng)基礎(chǔ)知識9.1.1 以太網(wǎng)介紹及其嵌入式應(yīng)用9.1.2 嵌入式系統(tǒng)中主要處理的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議9.2 以太網(wǎng)接口設(shè)計9.2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序基本結(jié)構(gòu)及功能9.2.2 以太網(wǎng)控制器CS8900A9.2.3 基于CS8900A的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序?qū)嵗?.3 Linux網(wǎng)絡(luò)編程實現(xiàn)9.3.1 socket基本函數(shù)9.3.2 TCP編程實例練習題第10章 嵌入式Linux圖形用戶界面編程10.1 Linux圖形開發(fā)基礎(chǔ)10.1.1 GUI的一般架構(gòu)10.1.2 嵌入式GUI底層支持庫10.1.3 嵌入式GUI高級函數(shù)庫10.2 嵌入式Linux圖形用戶界面簡介10.2.1 Qt／Embedded10.2.2 MicroWindows10.2.3 MiniGUI10.2.4 OpenGUI10.3 Qt／Embedded嵌入式圖形開發(fā)基礎(chǔ)10.3.1 Qt／Embedded概述10.3.2 創(chuàng)建Qt／Embedded開發(fā)環(huán)境10.3.3 Qt／Embedded的使用10.3.4 開發(fā)實例：基于PC的簡單程序練習題參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.1.4 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用模式　　1.客觀存在的兩種應(yīng)用模式　　嵌入式系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用特點決定了它具有多學科交叉的特點。作為計算機的內(nèi)涵，要求計算機領(lǐng)域人員介入其體系結(jié)構(gòu)、軟件技術(shù)、工程應(yīng)用方面的研究。然而，了解對象系統(tǒng)的控制要求，實現(xiàn)系統(tǒng)控制模式必須具備對象領(lǐng)域的專業(yè)知識。因此，從嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的歷史過程以及嵌入式應(yīng)用的多樣性中，我們可以了解到客觀上形成的兩種應(yīng)用模式。　　第一種是電子技術(shù)應(yīng)用模式。嵌入式計算機系統(tǒng)起源于微型機時代，但很快就進入到獨立發(fā)展的單片機時代。在單片機時代，嵌入式系統(tǒng)以器件形態(tài)迅速進入到傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域中，以電子技術(shù)應(yīng)用工程師為主體，實現(xiàn)傳統(tǒng)電子系統(tǒng)的智能化，而計算機專業(yè)隊伍并沒有真正進入單片機應(yīng)用領(lǐng)域。因此，電子技術(shù)應(yīng)用工程師以自己習慣的電子技術(shù)應(yīng)用模式，從事單片機的應(yīng)用開發(fā)。這種應(yīng)用模式最重要的特點是：軟、硬件的底層性和隨意性；對象系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)的密切相關(guān)性；缺少計算機工程設(shè)計方法?！　〉诙N是計算機技術(shù)應(yīng)用模式。在單片機時代，計算機專業(yè)很少介入嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域，但隨著后PC時代的到來，網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)得以發(fā)展；同時，嵌入式系統(tǒng)軟、硬件技術(shù)有了很大的提升，為計算機專業(yè)人士介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開辟了廣闊天地。計算機專業(yè)人士的介入所形成的計算機應(yīng)用模式帶有明顯的計算機的工程應(yīng)用特點，即基于嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺，以網(wǎng)絡(luò)、通信為主的非嵌入式底層應(yīng)用。　　2.兩種應(yīng)用模式的并存與互補　　由于嵌入式系統(tǒng)最大、最廣、最底層的應(yīng)用是傳統(tǒng)電子技術(shù)領(lǐng)域的智能化改造，因此，以通曉對象專業(yè)的電子技術(shù)隊伍為主，用最少的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開銷，以8位機為主，帶有濃重的電子系統(tǒng)設(shè)計色彩的應(yīng)用模式會長期存在下去。另外，計算機專業(yè)人士會越來越多地介入嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，但限于對象專業(yè)知識的缺乏，其應(yīng)用領(lǐng)域會集中在網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體、電子商務(wù)等方面，不可能替代原來電子工程師在控制、儀器儀表、機械電子等方面的嵌入式應(yīng)用。因此，客觀存在的兩種應(yīng)用模式會長期并存下去。對于電子技術(shù)應(yīng)用模式，應(yīng)從計算機技術(shù)應(yīng)用模式中學習計算機工程方法和嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)；對于計算機技術(shù)應(yīng)用模式，應(yīng)從電子技術(shù)應(yīng)用模式中了解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的電路系統(tǒng)特性、基本的外圍電路設(shè)計方法和對象系統(tǒng)的基本要求等。

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