嵌入式系統(tǒng)實驗教程

前言

嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過了30多年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛滲透到人們的工作和生活中。從家用電器、手持通信設(shè)備、信息終端，到儀器儀表、汽車、航天航空、軍事裝備、制造工業(yè)、過程控制等。近些年來，用戶對嵌入式系統(tǒng)的期望值愈來愈高：既希望高性能、低功耗、低價格，又希望功能豐富、操作便捷、界面友好、能互連互通，等等。3C（計算機、通信、消費電子）融合和一體化日趨明顯，嵌入式技術(shù)已成為一個研究熱點，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用前景非常廣闊。隨著高性能消費電子和新型嵌入式終端的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)進入以Internet為標志的新階段，并且是一個迅速發(fā)展的階段。傳統(tǒng)的應(yīng)用需要聯(lián)網(wǎng)，信息家電也需要聯(lián)網(wǎng)，嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合將代表嵌入式系統(tǒng)的未來。高性能的32位微處理器在這些應(yīng)用中將會占主導(dǎo)地位，近幾年來32位芯片保持著相當(dāng)高的使用增長率就是佐證。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)是一種專用化和差異化的工作。我國在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的從業(yè)人員缺口超過60％，人才相當(dāng)匱乏。因此，學(xué)習(xí)并掌握高性能嵌入式軟件、硬件設(shè)計，培養(yǎng)出嵌入式系統(tǒng)研發(fā)人才，壯大嵌入式系統(tǒng)研發(fā)隊伍，有利于發(fā)展我國的嵌入式產(chǎn)業(yè)。嵌入式系統(tǒng)擁有巨大的市場容量，如嵌入式芯片目前每年大約有幾百億片的用量，并且在中國市場的增長率還要高過全球的增長率。但我們也注意到，95％以上的嵌入式芯片卻是進口的。因此，我們既要強大我國的嵌入式產(chǎn)業(yè)，同時更要有責(zé)任將其發(fā)展成為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的民族產(chǎn)業(yè)。本書將基于國產(chǎn)芯片介紹嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，并選用HS3210芯片作為硬件平臺。HS3210芯片是采用龍芯1號CPU技術(shù)的SoC芯片。該芯片內(nèi)嵌高性能32位嵌入式RISC CPU核，支持通用MIPS32指令集，主頻可達266 MHz。網(wǎng)絡(luò)方面內(nèi)置MAC，提供M11接口；存儲器接口方面，芯片同時支持SDRAM接口、Nor Flash／ROM、NandF1ash接口，并特置HPI接口可直接與VOIP Codec芯片相連；提供豐富的其他外設(shè)接口支持，包括I2C接口、UART串口、SPI接口、AC’97等接口設(shè)備，提供豐富的GPIO接口，能夠為“網(wǎng)絡(luò)+語音”以及工業(yè)控制應(yīng)用提供高效的單芯片解決方案。本書是基于DEV3210教學(xué)實驗開發(fā)平臺編寫的，DEV3210是采用HS3210芯片開發(fā)的專用教學(xué)實驗平臺。本書通過教學(xué)實驗的方式，循序漸進地介紹了DEV3210的嵌入式開發(fā)方法。

內(nèi)容概要

本書是基于DEV3210教學(xué)實驗開發(fā)平臺的嵌入式實驗教程。DEV3210是采用HS3210龍芯SoC芯片開發(fā)的教學(xué)實驗平臺。本書通過教學(xué)實驗的方式，循序漸進的介紹了HS3210的嵌入式開發(fā)方法。    全書共分為4章。第1章為本書所采用DEV3210教學(xué)實驗開發(fā)平臺的詳細介紹、硬件原理和硬件結(jié)構(gòu)，為讀者設(shè)計自己的硬件電路提供參考；第2章設(shè)計了一些基礎(chǔ)實驗，包括交叉編譯環(huán)境的建立等一些準備工作，以及簡單的MIPS匯編入門程序和C語言入門程序；第3章設(shè)計了一些基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的實驗，目的是讓讀者通過這些實驗掌握HS3210開發(fā)的基本流程，培養(yǎng)在Linux環(huán)境下使用硬件設(shè)備進行程序設(shè)計的能力；第4章設(shè)計了基于MiniGUI的圖形界面實驗，后面部分設(shè)計了一個擴展實驗，目的是通過編寫稍微復(fù)雜一些的程序，使讀者對上述內(nèi)容融會貫通，加深理解；附錄為本書的實驗平臺和其他嵌入式開發(fā)經(jīng)常用到的資料。    本書適合于高等院校電子工程、計算機、微電子、通信、自動控制等專業(yè)以及對此類專業(yè)感興趣的高年級本科生和研究生，也可作為HS3210龍芯SoC嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員的參考用書。

書籍目錄

第1章 實驗平臺　1.1 簡介　　1.1.1 龍芯系列芯片　　1.1.2 HS3210SoC芯片　　1.1.3 MIPS指令　　1.1.4 實驗平臺　1.2 硬件原理　　1.2.1 DEV3210主板電路原理圖及其原理說明　　1.2.2 DEV3210配套顯示板原理說明　1.3 硬件結(jié)構(gòu)　　1.3.1 元件布局圖　　1.3.2 實物圖　　1.3.3 連接器說明　1.4 硬件使用的資源第2章　基礎(chǔ)實驗　2.1 交叉編譯環(huán)境　　2.1.1 實驗?zāi)康摹　?.1.2 實驗設(shè)備　　2.1.3 實驗內(nèi)容　　2.1.4 實驗預(yù)習(xí)要求　　2.1.5 實驗原理　　2.1.6 實驗步驟　　2.1.7 思考　2.2 MIPS匯編實驗　　2.2.1 實驗?zāi)康摹　?.2.2 實驗設(shè)備　　2.2.3 實驗內(nèi)容　　2.2.4 實驗預(yù)習(xí)要求　　2.2.5 實驗原理　　2.2.6 實驗步驟　　2.2.7 實驗參考程序　　2.2.8 思考　2.3 C語言程序?qū)嶒灐　?.3.1 實驗?zāi)康摹　?.3.2 實驗設(shè)備　　2.3.3 實驗內(nèi)容　　2.3.4 實驗預(yù)習(xí)要求　　2.3.5 實驗原理　　2.3.6 實驗步驟　　2.3.7 實驗參考程序　　2.3.8 思考　2.4 引導(dǎo)程序?qū)嶒灐　?.4.1 實驗?zāi)康摹　?.4.2 實驗設(shè)備　　2.4.3 實驗內(nèi)容　　2.4.4 實驗預(yù)習(xí)要求　　2.4.5 實驗原理　　2.4.6 實驗步驟　　2.4.7 實驗參考程序　　2.4.8 思考　2.5 WDT實驗　　2.5.1 實驗?zāi)康摹　?.5.2 實驗設(shè)備　　2.5.3 實驗內(nèi)容　　2.5.4 實驗預(yù)習(xí)要求　　2.5.5 實驗原理　　2.5.6 實驗步驟　　2.5.7 實驗參考程序　　2.5.8 思考　2.6 PS/2鍵盤鼠標驅(qū)動實驗　　2.6.1 實驗?zāi)康摹　?.6.2 實驗設(shè)備　　2.6.3 實驗內(nèi)容　　2.6.4 實驗預(yù)習(xí)要求　　2.6.5 實驗原理　　2.6.6 實驗步驟　　2.6.7 實驗參考程序　　2.6.8 思考第3章 高級實驗第4章 圖形界面實驗附錄

章節(jié)摘錄

插圖：（2）按照教科書上的定義，進程是資源管理的最小單位，線程是程序執(zhí)行的最小單位。在操作系統(tǒng)設(shè)計上，從進程演化出線程，最主要的目的就是更好地支持SMP以及減小（進程／線程）上下文切換開銷。無論按照怎樣的分法，一個進程至少需要一個線程作為它的指令執(zhí)行體，進程管理著資源（比如CPU、內(nèi)存、文件等），而將線程分配到某個CPU上執(zhí)行。一個進程當(dāng)然可以擁有多個線程，此時，如果進程運行在SMP機器上，它就可以同時使用多個CPU來執(zhí)行各個線程，達到最大程度的并行，以提高效率；同時，即使是在單CPU的機器上，采用多線程模型來設(shè)計程序，正如當(dāng)年采用多進程模型代替單進程模型一樣，使設(shè)計更簡潔、功能更完備，程序的執(zhí)行效率也更高，例如采用多個線程響應(yīng)多個輸入，而此時多線程模型所實現(xiàn)的功能實際上也可以用多進程模型來實現(xiàn)，而與后者相比，線程的上下文切換開銷就比進程要小多了，從語義上來說，同時響應(yīng)多個輸入這樣的功能，實際上就是共享了除CPU以外的所有資源的。Linux Threads采用稱為卜1模型：每個線程實際上在核心是一個個單獨的進程，核心的調(diào)度程序負責(zé)線程的調(diào)度，就像調(diào)度普通進程。線程是用系統(tǒng)調(diào)用clone（）創(chuàng)建的，clone（）系統(tǒng)調(diào)用是fork（）的推廣形式，它允許新進程共享父進程的存儲空間、文件描述符和信號處理程序。對于用戶的按鍵，采用線程監(jiān)聽的方式，創(chuàng)建新的線程，每當(dāng)用戶按鍵時，線程會捕獲消息，從才給Mini GUI發(fā)送用戶自定義消息，從而達到按鍵發(fā)送預(yù)定義消息的目的。（3）用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）是OSI參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)。是一個簡單的面向數(shù)據(jù)報的傳輸層協(xié)議，IETF RFC768是UDP的正式規(guī)范。UDP協(xié)議基本上是IP協(xié)議與上層協(xié)議的接口。

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