嵌入式開發(fā)技術(shù)原理與實踐

前言

本書是北京郵電大學(xué)研究生必修課“微機與嵌入式技術(shù)實驗”課程的實驗指導(dǎo)書，是北京郵電大學(xué)研究生教育研究項目“研究生實驗教學(xué)模式的研究與實踐”的重要成果之一。本書不但講解了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的原理，更多的是對實際應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)的實踐。本書選取了基于Motorola i.MX系列嵌入式處理器的ADS開發(fā)板，基于此開發(fā)系統(tǒng)詳細講述了二十個實驗的具體操作，并給出了程序示例，使讀者在學(xué)習(xí)基本的嵌入式開發(fā)原理的同時，能從具體的實驗中得到切實的實踐和體驗，掌握嵌入式開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。全書共分6章，各章節(jié)內(nèi)容安排如下。第1章介紹嵌入式系統(tǒng)概念、特點、發(fā)展歷程，著重講述嵌入式系統(tǒng)的組成和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，包括開發(fā)流程、交叉編譯、鏈接、調(diào)試以及系統(tǒng)測試。第2章介紹嵌入式微處理器中的ARM微處理器的特點、體系結(jié)構(gòu)，重點對ARM微處理器的編程模型、指令系統(tǒng)進行介紹并對其產(chǎn)品系列進行總結(jié)，使讀者對ARM微處理器技術(shù)的發(fā)展有一個總的了解。

內(nèi)容概要

本書作為嵌入式實驗課的教材，著眼于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基本原理和實際開發(fā)過程的講解，內(nèi)容涉及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展、組成、特點、開發(fā)流程，ARM系列微處理器的基本原理和嵌入式Linux開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，著重介紹了ARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品系列、嵌入式Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)、嵌人式Linux的剪裁以及嵌人式Linux開發(fā)環(huán)境，實際選取基于Motorola i.MX系列嵌入式處理器MC9328MX1/MXL的應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)，詳細講述了ADS開發(fā)板的使用和基于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)過程，包括嵌入式Linux應(yīng)用程序編寫、驅(qū)動程序編寫，詳細介紹了從交叉編譯環(huán)境的建立、內(nèi)核編譯、根文件系統(tǒng)的生成、Bootloader映像的燒寫、內(nèi)核映像和文件系統(tǒng)的燒寫到系統(tǒng)的運行及調(diào)試等嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的詳細過程。本書給出了二十個實驗，詳細描述了具體的開發(fā)步驟，使讀者在學(xué)習(xí)基本的嵌入式開發(fā)原理的同時，能從具體的實驗中得到切實的實踐和體驗，掌握嵌入式開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。    本書可作為Motorola i.MX系列嵌入式處理器應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)的參考手冊、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的教學(xué)用書，以及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計人員的參考用書。

書籍目錄

第1章 嵌入式系統(tǒng)概述  1.1 什么是嵌入式系統(tǒng)  1.2 嵌入式系統(tǒng)的特點  1.3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展  1.4 嵌入式系統(tǒng)的組成    1.4.1 嵌入式處理器    1.4.2 嵌入式操作系統(tǒng)  1.5 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)    1.5.1 開發(fā)流程    1.5.2 交叉編譯和鏈接    1.5.3 交叉調(diào)試    1.5.4 系統(tǒng)測試  1.6 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用第2章 ARM微處理器  2.1 ARM簡介  2.2 ARM微處理器的結(jié)構(gòu)  2.3 ARM微處理器的編程模型    2.3.1 數(shù)據(jù)類型    2.3.2 處理器狀態(tài)    2.3.3 處理器模式    2.3.4 寄存器組織    2.3.5 程序狀態(tài)寄存器    2.3.6 異常  2.4 ARM微處理器的指令系統(tǒng)    2.4.1 指令格式    2.4.2 尋址方式    2.4.3 ARM指令集    2.4.4 Thumb指令集簡介  2.5 ARM微處理器的命名規(guī)則  2.6 ARM微處理器系列第3章 嵌入式Linux  3.1 嵌入式Linux簡介  3.2 嵌入式Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)    3.2.1 進程管理    3.2.2 內(nèi)存管理    3.2.3 文件系統(tǒng)    3.2.4 系統(tǒng)調(diào)用    3.2.5 設(shè)備驅(qū)動程序  3.3 嵌入式Linux的剪裁    3.3.1 內(nèi)核剪裁    3.3.2 庫文件及根文件系統(tǒng)剪裁  3.4 嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境    3.4.1 集成調(diào)試環(huán)境    3.4.2 GNU開發(fā)工具  3.5 Linux常用命令第4章 ADS開發(fā)板及集成開發(fā)環(huán)境  4.1 簡介    4.1.1 ADS開發(fā)板的特點    4.1.2 系統(tǒng)要求    4.1.3 主要元器件分布圖  4.2 ADS板的配置    4.2.1 跳線設(shè)置開關(guān)    4.2.2 模式選擇開關(guān)  4.3 ADS板的組成部分  4.4 ADS板外部接口描述  4.5 ADS軟件開發(fā)環(huán)境    4.5.1 Multi-ICE Server    4.5.2 ADS 1.2第5章 嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)  5.1 Linux編程簡介    5.1.1 應(yīng)用程序編寫    5.1.2 驅(qū)動程序編寫  5.2 建立交叉編譯環(huán)境  5.3 編譯Linux內(nèi)核  5.4 生成根文件系統(tǒng)  5.5 燒寫B(tài)ootloader映像、內(nèi)核和啟動盤映像  5.6 運行圖形用戶界面  5.7 使用GDB調(diào)試應(yīng)用程序  5.8 開發(fā)工具介紹第6章 基AADS 發(fā)板的嵌入式系統(tǒng)實驗  6.1 實驗一 ADS系統(tǒng)加載  6.2 實驗二 利用HAB工具燒寫程序  6.3 實驗三 利用BootStrap模式進行調(diào)試  6.4 實驗四 下載Bootloader  6.5 實驗五 ARM Linux系統(tǒng)移植  6.6 實驗六 嵌入式Linux驅(qū)動程序的編寫  6.7 實驗七 嵌入式Linux應(yīng)用程序的編寫  6.8 實驗八 利用集成調(diào)試環(huán)境(IDE)調(diào)試應(yīng)用程序  6.9 實驗九 串口通信  6.10 實驗十 網(wǎng)絡(luò)通信  6.11 實驗十一 USB通信  6.12 實驗十二 MP3播放  6.13 實驗十三 MMC卡讀寫  6.14 實驗十四 PWM實驗  6.15 實驗十五 鍵盤輸入輸出  6.16 實驗十六 開關(guān)量輸入輸出  6.17 實驗十七 模擬PDA的液晶與觸摸屏  6.18 實驗十八 Linux點陣字庫的使用  6.19 實驗十九 移植MiniGUI  6.20 實驗二十 圖像傳感器視頻采集與顯示參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：（5）有實時的要求。與通用系統(tǒng)軟件代碼相比，嵌入式系統(tǒng)的軟件代碼要求具有更高質(zhì)量、可靠性和實時性。這是嵌入式軟件的基本要求，而且軟件要求固化存儲，以提高速度。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以沒有操作系統(tǒng)，直接在芯片上運行，但多數(shù)嵌入式應(yīng)用要求操作系統(tǒng)具有實時處理能力。在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對重要性各不相同的任務(wù)進行合理調(diào)度是保證每個任務(wù)能夠及時執(zhí)行的關(guān)鍵，單純通過提高處理器速度是低效的，甚至是無法實現(xiàn)的，必須有一個高效的多任務(wù)實時操作系統(tǒng)來支撐。為了合理地調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)，需選配RTOS（Real-Time Operating System）開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，也有助于縮短開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。（6）軟件要求固化存儲。為了保證系統(tǒng)的高效性和可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在只讀存儲器中，而不是以磁盤為載體、隨意更換，因此嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件生命周期也和嵌入式產(chǎn)品一樣長。（7）軟件硬件可靠性更高。軟件代碼要求高效和高可靠性。在大多數(shù)嵌入式應(yīng)用中，存儲空間是很寶貴的，同時還有實時性要求，為此對嵌入式操作系統(tǒng)的質(zhì)量要求很高，因此要求程序編寫和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進制代碼長度、提高執(zhí)行速度。（8）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)需要開發(fā)工具和環(huán)境。

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