ARM&Linux嵌入式系統(tǒng)教程

前言

隨著Internet的普及，我們已進入了網(wǎng)絡(luò)時代，進入了后Pc時代。不僅是PC機能上網(wǎng)，各種各樣的嵌入式設(shè)備都可以上網(wǎng)。后PC時代出現(xiàn)了信息電器，如掌上電腦、個人數(shù)字助理PDA、可視電話、移動電話、TV機頂盒、電視會議機和數(shù)碼相機等嵌入式設(shè)備。能上網(wǎng)的嵌入式設(shè)備需要加上TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。由于8／16位單片機的速度不夠快以及內(nèi)存不夠大，較難滿足嵌入式設(shè)備的上網(wǎng)要求。隨著集成電路的發(fā)展，32位微處理器的價格不斷下降，已到用戶大量使用的時候。32位RIsC微處理器更是受到青睞，領(lǐng)先的是ARM嵌入式微處理器系列。ARM公司在32位RISC處理器市場占有率超過了75％。ARM的成功之處在于它是知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，是設(shè)計公司。ARM本身不生產(chǎn)芯片，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可，由合作伙伴公司來生產(chǎn)各具特色的芯片。ARM商業(yè)模式的強大之處在于其價格合理，全世界范圍有超過400個合作伙伴。ARM公司專注于設(shè)計，其內(nèi)核功耗少，成本低，功能強，特有16位／32位雙指令集。ARM已成為移動通信、手持計算、多媒體數(shù)字消費等嵌入式解決方案的RISC標準。過去大量的是8／16位單片機的應(yīng)用，這只是嵌入式系統(tǒng)的初級階段。伴隨著網(wǎng)絡(luò)時代的來I臨，出現(xiàn)了機頂盒、路由器和調(diào)制解調(diào)器等Internet設(shè)備。一句話，Internet的基礎(chǔ)設(shè)施都是嵌入式系統(tǒng)，而且在高端嵌入式應(yīng)用中，32位微處理器現(xiàn)在已是很常見的了。國內(nèi)IT產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)該更新理念，即逐步采用32位高性能的CPU；采用C等高級語言編程；采用操作系統(tǒng)及其平臺進行開發(fā)；采用模塊化方式從事項目開發(fā)應(yīng)用。Linux從1991年問世到現(xiàn)在，短短的十幾年時間已經(jīng)發(fā)展成為功能強大、設(shè)計完善的操作系統(tǒng)之一，它不僅可以與各種傳統(tǒng)的商業(yè)操作系統(tǒng)分庭抗爭，在新興的嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)也獲得了飛速發(fā)展。嵌入式Linux以其可應(yīng)用于多種硬件平臺、內(nèi)核高效穩(wěn)定、源碼開放、軟件豐富以及完善的網(wǎng)絡(luò)通信和文件管理機制的優(yōu)良特性，成為嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中的一個研究熱點。Linux開放源碼，內(nèi)核可裁減，非常適用于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)。由全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會主辦、Intel公司協(xié)辦的“全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽——嵌人式系統(tǒng)專題競賽”，進一步豐富了全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽的形式和內(nèi)容，推動了高校信息電子類專業(yè)的教學(xué)改革、課程體系及實驗室建設(shè)，各高校紛紛開設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程。本書第1版就是由開課后的講稿整理而成，第2版又在第1版基礎(chǔ)上進行了適度增減。

內(nèi)容概要

　　圍繞最流行的32位ARM處理器和源碼開放的Linux操作系統(tǒng)，講述嵌入式系統(tǒng)的概念、軟硬件組成、開發(fā)過程，以及嵌入式Linux的應(yīng)用程序和驅(qū)動程序的開發(fā)設(shè)計方法。全書共7章，包括：嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)到ARM體系結(jié)構(gòu)等涉及硬件的內(nèi)容，嵌入式Linux到應(yīng)用程序、驅(qū)動程序、圖形用戶界面等軟件內(nèi)容。最后推出自主版權(quán)的輕量級圖形用戶界面1wGUI，介紹開源Gtk＋圖形庫的使用方法，給出嵌入式Linux在手機中的應(yīng)用。
　　與第1版相比，本書主要升級了ARM指令集說明，修訂了應(yīng)用程序和驅(qū)動程序設(shè)計內(nèi)容，以適用于國內(nèi)流行的實驗箱。
　　本書特點是內(nèi)容經(jīng)過實際教學(xué)使用，所帶程序取材于學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計和課程實驗，不強調(diào)具體的ARM核芯片。
　　本書適用于沒有操作系統(tǒng)知識的高校師生和單片機開發(fā)人員學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)，可作為高等院校相關(guān)專業(yè)本科、研究生嵌入式系統(tǒng)理論課程的教材，也可作為從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)嵌入式Linux的參考用書。

書籍目錄

第1章　嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)
　1.1　嵌入式系統(tǒng)概述
　1.2　嵌入式處理器
　1.3　嵌入式操作系統(tǒng)
　1.4　實時操作系統(tǒng)的內(nèi)核　
　1.5　嵌入式技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
　習(xí)題
第2章　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程　
　2.1　嵌入式軟件開發(fā)的特點
　2.2　嵌入式軟件的開發(fā)流程
　2.3　嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試
　2.4　板級支持包
　習(xí)題
第3章　嵌入式Linux操作系統(tǒng)
　3.1　Linux及其應(yīng)用
　3.2　Linux內(nèi)核
　3.3　主流嵌入式Linux系統(tǒng)
　3.4　嵌入式Linux的實時化改造
　習(xí)題
第4章　ARM體系結(jié)構(gòu)　
　4.1　ARM體系結(jié)構(gòu)概述
　4.2　ARM編程模型
　4.3　ARM基本尋址方式
　4.4　ARM指令集
　4.5　ARM匯編語言程序設(shè)計
　習(xí)題
第5章　嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)　
　5.1　開發(fā)平臺簡介　
　5.2　開發(fā)環(huán)境的建立　
　5.3　Linux的使用基礎(chǔ)
　5.4　make工具和gcc編譯器
　5.5　簡單嵌入式Linux程序開發(fā)
　5.6　LCD程序設(shè)計
　5.7　USB攝像頭程序
　5.8　音頻采集和回放程序
　習(xí)題
第6章　嵌入式Linux驅(qū)動程序開發(fā)
　6.1　嵌入式Linux的設(shè)備管理　
　6.2　設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)過程　
　6.3　LED驅(qū)動程序
　6.4　鍵盤驅(qū)動程序
　6.5　觸摸屏驅(qū)動程序
　6.6　Linux2.6內(nèi)核
　習(xí)題
第7章　嵌入式Linux的GUI
　7.1　嵌入式GUI
　7.2　嵌入式GUI的結(jié)構(gòu)特征
　7.3　1wGUI系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
　7.4　1wGUI系統(tǒng)的應(yīng)用
　7.5　GTK＋圖形庫的應(yīng)用
　習(xí)題
參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章　嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)1.1　嵌入式系統(tǒng)概述1.1.1　嵌入式系統(tǒng)的定義所謂嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystems），實際上是“嵌入式計算機系統(tǒng)”的簡稱，它是相對于通用計算機系統(tǒng)而言的。在有些系統(tǒng)里也有計算機，但是計算機是作為某個專用系統(tǒng)中的一個部件而存在的。像這樣“嵌入”到更大、專用的系統(tǒng)中的計算機系統(tǒng)，稱之為“嵌入式計算機”、“嵌入式計算機系統(tǒng)”或“嵌入式系統(tǒng)”。在日常生活中，早已存在許多嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，如天天必用的移動電話、帶在手腕上的電子表、烹調(diào)用的微波爐、辦公室里的打印機、汽車里的供油噴射控制系統(tǒng)、防鎖死剎車系統(tǒng)（ABS），以及現(xiàn)在流行的個人數(shù)字助理（PDA）、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等等，它們內(nèi)部都有一個中央處理器CPU。嵌入式系統(tǒng)無處不在，從家庭的洗衣機、電冰箱、小汽車，到辦公室里的遠程會議系統(tǒng)等，都屬于可以使用嵌入式技術(shù)進行開發(fā)和改造的產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)本身是一個相對模糊的定義。一個手持的MP3和一個PC104的微型工業(yè)控制計算機都可以認為是嵌入式系統(tǒng)。根據(jù)電氣工程師協(xié)會（IEE）的定義，嵌入式系統(tǒng)是用來控制或監(jiān)視機器裝置或工廠等的大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)備?？梢钥闯龃硕x是從應(yīng)用方面考慮的。嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機電等附屬裝置。國內(nèi)一般定義為：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，從而能夠適應(yīng)實際應(yīng)用中對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用數(shù)量上遠遠超過了各種通用計算機。一臺通用計算機的外部設(shè)備中就包含了5-10個嵌入式微處理器，鍵盤、硬盤、顯示器、Modem、網(wǎng)卡、聲卡、打印機、掃描儀、數(shù)碼相機、集線器等，均是由嵌入式處理器進行控制的。在制造工業(yè)、過程控制、通信、儀器、儀表、汽車、船舶、航空航天、軍事裝備、消費類產(chǎn)品等方面，嵌入式系統(tǒng)都有用武之地。

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