嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程

前言

近年來，隨著32位嵌入式微處理器的出現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)深入到工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、商業(yè)和服務(wù)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、家庭等各個(gè)領(lǐng)域。社會(huì)和科技的發(fā)展需要越來越多的掌握嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的專業(yè)人才，應(yīng)對(duì)這種需求，我國一些高校相繼開設(shè)了有關(guān)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的課程。編者從2004年開始探索在應(yīng)用型本科教學(xué)中引入嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，相繼在計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和電子信息工程專業(yè)開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程，并在計(jì)算機(jī)專業(yè)中開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)專業(yè)方向。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用型本科學(xué)生急需一套理論與實(shí)踐很好結(jié)合、通俗易懂的嵌入式系統(tǒng)教材，在此基礎(chǔ)上，萌生了編寫本書的想法。編者力求將本書編寫為嵌入式系統(tǒng)的入門教材，主要體現(xiàn)如下特點(diǎn)：（1）深入淺出地介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念，并通過大量應(yīng)用實(shí)例使讀者認(rèn)識(shí)到嵌入式系統(tǒng)無處不在，以引起讀者的學(xué)習(xí)興趣。（2）避免冗長的理論介紹，注重講清概念和方法，便于學(xué)習(xí)入門，側(cè)重嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。（3）既介紹ARM的體系結(jié)構(gòu)，又介紹采用ARM內(nèi)核的典型微處理器芯片S3C2410A，也介紹了由S3C2410A微處理器構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，使讀者既見樹木也見森林。（4）考慮目前嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件主要采用C語言編程，為了使學(xué)生更好地掌握嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)和嵌入式系統(tǒng)C語言編程的特點(diǎn)和風(fēng)格，安排了ARM的C語言程序設(shè)計(jì)一章，注重講述嵌入式系統(tǒng)C語言編程的一些特殊方法。（5）不僅安排了嵌入式微處理器內(nèi)部集成的基本接口及應(yīng)用設(shè)計(jì)，也介紹了嵌入式微處理器擴(kuò)展接口及應(yīng)用設(shè)計(jì)，為應(yīng)用開發(fā)打好基礎(chǔ)。（6）為了便于初學(xué)者學(xué)習(xí)，本書以比較容易學(xué)習(xí)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ?yàn)榍腥朦c(diǎn)，介紹嵌入式操作系統(tǒng)。

內(nèi)容概要

　　近年來，隨著32位嵌入式微處理器的出現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)深入到工業(yè)控制、交通運(yùn)輸、商業(yè)和服務(wù)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、家庭等各個(gè)領(lǐng)域。社會(huì)和科技的發(fā)展需要越來越多的掌握嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的專業(yè)人才，應(yīng)對(duì)這種需求，我國一些高校相繼開設(shè)了有關(guān)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的課程?！　【幷邚?004年開始探索在應(yīng)用型本科教學(xué)中引入嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，相繼在計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和電子信息工程專業(yè)開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程，并在計(jì)算機(jī)專業(yè)中開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)專業(yè)方向。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用型本科學(xué)生急需一套理論與實(shí)踐很好結(jié)合、通俗易懂的嵌入式系統(tǒng)教材，在此基礎(chǔ)上，萌生了編寫本書的想法。　　編者力求將本書編寫為嵌入式系統(tǒng)的入門教材，主要體現(xiàn)如下特點(diǎn)：　?。?）深入淺出地介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念，并通過大量應(yīng)用實(shí)例使讀者認(rèn)識(shí)到嵌入式系統(tǒng)無處不在，以引起讀者的學(xué)習(xí)興趣。　?。?）避免冗長的理論介紹，注重講清概念和方法，便于學(xué)習(xí)入門，側(cè)重嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用能力的培養(yǎng)?！　。?）既介紹ARM的體系結(jié)構(gòu)，又介紹采用ARM內(nèi)核的典型微處理器芯片S3C2410A，也介紹了由S3C2410A微處理器構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)，使讀者既見樹木也見森林?！　。?）考慮目前嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件主要采用C語言編程，為了使學(xué)生更好地掌握嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)和嵌入武系統(tǒng)C語言編程的特點(diǎn)和風(fēng)格，安排了ARM的C語言程序設(shè)計(jì)一章，注重講述嵌入式系統(tǒng)C語言編程的一些特殊方法。　?。?）不僅安排了嵌入式微處理器內(nèi)部集成的基本接口及應(yīng)用設(shè)計(jì)，也介紹了嵌入式微處理器擴(kuò)展接口及應(yīng)用設(shè)計(jì)，為應(yīng)用開發(fā)打好基礎(chǔ)。

書籍目錄

第1章 嵌入式系統(tǒng)概論1.1 嵌入式系統(tǒng)的概念1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)1.1.2 嵌入式系統(tǒng)定義1.1.3 嵌入式系統(tǒng)的基本組成1.1.4 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)1.2 嵌入式微處理器1.2.1 嵌入式微處理器的類型1.2.2 嵌入式微處理器的選型1.3 嵌入式操作系統(tǒng)1.3.1 操作系統(tǒng)1.3.2 嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3.3 常見的嵌入式操作系統(tǒng)1.3.4 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇1.4 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)1.4.1 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)的特點(diǎn)1.4.2 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件的結(jié)構(gòu)體系1.5 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用1.5.1 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用模式1.5.2 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域習(xí)題第2章 ARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)2.1 ARM微處理器2.1.1 ARM微處理器概述2.1.2 ARM系列微處理器2.1.3 ARM微處理器的特點(diǎn)2.2 ARM的體系結(jié)構(gòu)2.2.1 ARM微處理器的CPU結(jié)構(gòu)2.2.2 ARM微處理器的精簡指令集2.2.3 ARM微處理器的多級(jí)流水線2.3 ARM微處理器的工作狀態(tài)和運(yùn)行模式2.3.1 ARM微處理器的工作狀態(tài)2.3.2 ARM微處理器的運(yùn)行模式2.4 ARM微處理器的寄存器組織2.4.1 ARM狀態(tài)下的寄存器2.4.2 Thumb狀態(tài)下的寄存器2.5 ARM支持的數(shù)據(jù)類型和存儲(chǔ)模式2.5.1 ARM支持的數(shù)據(jù)類型2.5.2 ARM支持的存儲(chǔ)模式2.5.3 ARM支持的I/O尋址2.6 ARM微處理器的異常2.6.1 ARM的異常類型2.6.2 異常的響應(yīng)及返回2.6.3 異常的描述2.6.4 異常服務(wù)程序2.7 典型ARM微處理器芯片S3C2410A2.7.1 S3C2410A芯片概述2.7.2 S3C2410A芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.7.3 S3C2410A芯片的引腳及功能2.7.4 S3C2410A芯片與80C51單片機(jī)的比較2.8 基于$3C2410A微處理器的典型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)2.8.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)概述2.8.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組成2.9 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例設(shè)計(jì)2.9.1 應(yīng)用系統(tǒng)概述2.9.2 硬件結(jié)構(gòu)框圖2.9.3 軟件流程圖2.9.4 測試結(jié)果習(xí)題第3章 ARM指令系統(tǒng)與匯編語言程序設(shè)計(jì)3.1 ARM指令系統(tǒng)概述3.1.1 ARM指令系統(tǒng)的特點(diǎn)3.1.2 ARM匯編指令的基本格式3.1.3 ARM指令的條件域3.2 ARM指令的尋址方式3.3 ARM指令的分類介紹3.3.1 數(shù)據(jù)處理指令3.3.2 加載／存儲(chǔ)指令3.3.3 轉(zhuǎn)移指令3.3.4 程序狀態(tài)寄存器訪問指令3.3.5 軟件中斷指令3.4 Thumb指令集3.5 ARM的偽指令3.6 ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)舉例3.6.1 分支結(jié)構(gòu)3.6.2 循環(huán)結(jié)構(gòu)3.6.3 主子結(jié)構(gòu)習(xí)題第4章 ARM的C語言程序設(shè)計(jì)4.1 概述4.1.1 嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序的編程語言4.1 I2嵌入式系統(tǒng)C語言程序設(shè)計(jì)需考慮的問題4.2 數(shù)據(jù)類型4.2.1 C語言的數(shù)據(jù)類型4.2.2 ARM的C編譯器支持的基本數(shù)據(jù)類型4.3 常量與變量4.3.1 常量4.3.2 變量4.4 預(yù)處理指令4.4.1 文件包含預(yù)處理指令4.4.2 宏定義預(yù)處理指令4.4.3 條件編譯預(yù)處理指令4.4.4 預(yù)處理指令#pragma4.5 位運(yùn)算4.5.1 “按位與”運(yùn)算4.5.2 “按位或”運(yùn)算4.5.3 “移位”運(yùn)算4.6 函數(shù)4.6.1 函數(shù)概述4.6.2 中斷函數(shù)4.6.3 可重入函數(shù)4.7 應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)4.8 C語言應(yīng)用程序舉例習(xí)題第5章 ADS 1.2集成開發(fā)環(huán)境簡介5.1 ADS 1.2集成開發(fā)環(huán)境的組成與功能5.1.1 ADS 1.2 集成開發(fā)環(huán)境的組成5.1.2 CodeWarrior和AXD5.2 ADS 1.2集成開發(fā)環(huán)境的安裝5.3 ADS 1.2集成開發(fā)環(huán)境的使用5.3.1 開發(fā)環(huán)境的配置5.3.2 程序的編輯、編譯和鏈接5.3.3 程序的調(diào)試和運(yùn)行5.4 ADS 1.2集成開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用5.4.1 ARM匯編語言程序的編輯、匯編鏈接、調(diào)試運(yùn)行5.4.2 ARM C語言程序的編輯、編譯鏈接、調(diào)試運(yùn)行習(xí)題第6章 S3C2410A的基本接口及應(yīng)用設(shè)計(jì)6.1 S3C2410A的串行接口與串行通信6.1.1 S3C2410AUART的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.1.2 S3C2410AUART的功能6.1.3 波特率的計(jì)算6.1.4 UART的初始化6.1.5 UART數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收的編程6.1.6 串行通信編程舉例6.2 S3C2410A的通用I／O接口及應(yīng)用6.2.1 GPIO的原理與結(jié)構(gòu)6.2.2 GPIO的初始化及輸入／輸出操作6.2.3 GPIO的應(yīng)用舉例6.3 S3C2410A的A／D轉(zhuǎn)換接口6.3.1 A／D轉(zhuǎn)換的基本概念6.3.2 S3C2410A的A／D轉(zhuǎn)換器6.3.3 A／D轉(zhuǎn)換的應(yīng)用編程6.4 S3C2410A的L.CD接口6.4.1 LCD的工作原理6.4.2 S3C2410A的LCD控制器6.4.3 S3C2410A的L,CD應(yīng)用編程6.5 S3C2410A的觸摸屏接口及應(yīng)用6.5.1 觸摸屏的工作原理6.5.2 S3C2410A的觸摸屏控制接口6.5.3 觸摸屏控制接口的特殊功能寄存器6.5.4 觸摸屏應(yīng)用編程習(xí)題第7章 刪的存儲(chǔ)器系統(tǒng)7.1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述7.1.1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)7.1.2 常用的存儲(chǔ)器7.2 S3C2410A微處理器的存儲(chǔ)系統(tǒng)7.2.1 S3C2410A的存儲(chǔ)空間7.2.2 S3C2410A存儲(chǔ)空間的映射7.2.3 S3C2410A的存儲(chǔ)控制寄存器7.3 NAND Flash存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.3.1 NAND Flash存儲(chǔ)器概述7.3.2 NAND Flash的運(yùn)行模式7.3.3 NAND Flash芯片簡介7.3.4 NAND Flash的接口設(shè)計(jì)7.3.5 NAND Flash的控制寄存器7.4 SDRAM存儲(chǔ)器的擴(kuò)展7.4.1 SDRAM存儲(chǔ)器概述7.4.2 SDRAM芯片簡介7.4.3 SDRAM的接口設(shè)計(jì)習(xí)題第8章 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC／OS-Ⅱ8.1 μC／OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)概述8.1.1 μC／OS-Ⅱ的特點(diǎn)8.1.2 μC／OS-Ⅱ的體系結(jié)構(gòu)8.1.3 μC／OS-Ⅱ提供的系統(tǒng)服務(wù)8.2 μC／OS-Ⅱ中的任務(wù)8.2.1 任務(wù)的基本概念8.2.2 任務(wù)的狀態(tài)8.2.3 任務(wù)代碼8.2.4 系統(tǒng)任務(wù)8.2.5 任務(wù)的優(yōu)先級(jí)、任務(wù)的堆棧和任務(wù)控制塊8.2.6 任務(wù)的調(diào)度8.2.7 任務(wù)的創(chuàng)建8.2.8 μC／OS-Ⅱ的初始化和任務(wù)的啟動(dòng)8.2.9 編程舉例8.3 μC／OS-Ⅱ的任務(wù)同步與通信8.3.1 任務(wù)之間的協(xié)調(diào)8.3.2 信號(hào)量8.3.3 消息郵箱8.3.4 消息隊(duì)列8.4 μC／OS-Ⅱ的移植8.4.1 μC／OS-Ⅱ移植的基本要求與工作內(nèi)容8.4.2 μC／OS-Ⅱ在S3C2410A微處理器上的移植習(xí)題第9章 擴(kuò)展接口的應(yīng)用設(shè)計(jì)9.1 RS-485接口的應(yīng)用設(shè)計(jì)9.1.1 RS-485接口概述9.1.2 RS-485接口雙機(jī)通信的硬件設(shè)計(jì)9.1.3 RS-485接口雙機(jī)通信的軟件編程9.1.4 RS-485接口的多機(jī)通信設(shè)計(jì)9.2 CAN總線接口的應(yīng)用設(shè)計(jì)9.2.1 CAN總線接口概述9.2.2 CAN總線接口的硬件設(shè)計(jì)9.2.3 CAN總線接口的控制命令9.2.4 CAN總線接口的軟件編程9.3 GPRS遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9.3.1 GPRS接口概述9.3.2 GPRS接口模塊及AT指令集簡介9.3.3 GPRS遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)接口的硬件設(shè)計(jì)9.3.4 GPRS遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)的軟件編程9.4 GPS地理定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)9.4.1 GPS接口模塊概述9.4.2 GPS地理定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)習(xí)題附錄附錄A S3C2410A的引腳及名稱附錄B 常用的頭文件和系統(tǒng)引導(dǎo)程序參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 嵌入式系統(tǒng)概論20世紀(jì)70年代微處理器出現(xiàn)后，計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入辦公室、家庭及社會(huì)的各個(gè)角落。計(jì)算機(jī)不僅作為通用的“計(jì)算機(jī)器”被人們使用，而且越來越多的微處理器被“嵌入”到設(shè)備、儀器、家用電器、交通工具及各種系統(tǒng)中，從而使它們具有智能化的功能，受到人們的歡迎。隨著設(shè)備智能化的深入發(fā)展，微處理器這種“嵌入式”應(yīng)用技術(shù)越來越受到人們的重視，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的重要分支，成為計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最活躍的方向之一。1.1 嵌入式系統(tǒng)的概念1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)什么是嵌入式系統(tǒng)呢？首先讓我們來看一下微處理器的兩種應(yīng)用形式。是由微處理器構(gòu)成的PC計(jì)算機(jī)，從外觀看，PC計(jì)算機(jī)由機(jī)箱、顯示器、鍵盤組成。在機(jī)箱中裝有主板，主板是計(jì)算機(jī)的主體，其上安裝了微處理器、內(nèi)存條、各種擴(kuò)展板（包括顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、通信卡等）。在市場上見到的PC計(jì)算機(jī)都是以同樣的標(biāo)準(zhǔn)形式配置的，只是在存儲(chǔ)容量、處理速度等性能上有所差異。在這種應(yīng)用模式下，計(jì)算機(jī)主要用來完成計(jì)算和數(shù)據(jù)處理任務(wù)，人們可以利用它來完成各種信息處理工作，這種計(jì)算機(jī)屬于通用計(jì)算機(jī)。

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