嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)及應(yīng)用實(shí)踐

前言

隨著嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)控制、智能儀表、信息家電和網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)取得了前所未有的發(fā)展。多媒體移動(dòng)電話、數(shù)字個(gè)人助理PDA、數(shù)字導(dǎo)航儀、MP3/MP4及網(wǎng)絡(luò)路由器等無一不是嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用產(chǎn)品，可以相信,隨著數(shù)字多媒體時(shí)代的來臨，嵌入式系統(tǒng)將會(huì)有更加廣闊的發(fā)展前景。？？？？尤其是以信息家電為代表的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代嵌入式產(chǎn)品，不僅為嵌入式市場(chǎng)展現(xiàn)了美好的前景，注入了新的生命，同時(shí)也對(duì)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，特別是軟件技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。這些主要包括：支持日趨增長(zhǎng)的功能密度、靈活的網(wǎng)絡(luò)連接、輕便的移動(dòng)應(yīng)用和多媒體信息處理。中國(guó)的傳統(tǒng)家電廠商在向信息家電過渡時(shí)，首先面臨的挑戰(zhàn)是核心操作系統(tǒng)軟件開發(fā)工作。嵌入式操作系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)桌面操作系統(tǒng)，其行業(yè)特征比較突出，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，不可能為一家或幾家公司所壟斷。根據(jù)行業(yè)特征開發(fā)出適合需求的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是完全有可能的。這也是本書作者專門用一整章的篇幅來介紹“開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)”的原因所在。同時(shí)，也想喚醒讀者對(duì)開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和重視。近年來，面對(duì)這種形勢(shì)，嵌入式系統(tǒng)業(yè)界人士廣泛掀起了學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)理論及應(yīng)用開發(fā)的熱潮，相關(guān)的出版物、培訓(xùn)班如雨后春筍。無論是原有的嵌入式系統(tǒng)業(yè)界人士，還是剛進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)的人們,都渴望了解嵌入式系統(tǒng)理論，掌握嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)。高等院校面對(duì)這種形勢(shì)，也迫切需要開設(shè)相應(yīng)的課程。因此，為了滿足高等院校嵌入式系統(tǒng)教學(xué)以及社會(huì)上各種培訓(xùn)的需要，作者結(jié)合幾年來在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域教學(xué)與開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和特點(diǎn)，編寫了這本書。全書共分13章，具體內(nèi)容安排如下：第1章簡(jiǎn)單介紹嵌入式系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn),重點(diǎn)給出嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)所面臨的問題和常見的開發(fā)流程，為讀者建立一個(gè)較為完整的嵌入式軟硬件協(xié)同開發(fā)的思想。第2章主要從嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、編程結(jié)構(gòu)及寄存器結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行介紹。從開發(fā)設(shè)計(jì)出發(fā)，重點(diǎn)介紹嵌入式系統(tǒng)的編程結(jié)構(gòu)和寄存器結(jié)構(gòu)。第3章詳細(xì)介紹ARM系統(tǒng)的指令尋址方式和指令系統(tǒng)，著重介紹32位ARM指令集。16位的Thumb指令集是32位ARM指令的一個(gè)子集，掌握了32位ARM指令后，很容易掌握Thumb指令集。為此，本書對(duì)Thumb指令集未作過多介紹。同時(shí)，作者認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)軟件大多使用類似C語言開發(fā)，故嵌入式匯編也未作介紹。第4章著重從ARM內(nèi)核的基本結(jié)構(gòu)、ARM存儲(chǔ)器組織、ARM處理器模式、ARM的中斷和異常等方面介紹以ARM為內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。第5章詳細(xì)介紹在ARM系統(tǒng)中存儲(chǔ)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器配置、存儲(chǔ)器擴(kuò)展與訪問、存儲(chǔ)器的編程與應(yīng)用等硬件開發(fā)中必不可少的環(huán)節(jié)。第6章詳細(xì)介紹ARM系統(tǒng)中常用的接口，如UART、IIC、SPI、USB、RJ45、JTAG、復(fù)位電路和電源管理等的設(shè)計(jì)與管理。第7章以ARM7中的S3C44B0X和ARM中的S3C2410X為例，詳細(xì)介紹ARM系統(tǒng)I/O端口的設(shè)計(jì)與管理，以及嵌入式系統(tǒng)中I/O端口的應(yīng)用。第8章以ARM7中的S3C44B0X和S3C4510B以及ARM9中的S3C2410X為例，從中斷源、中斷模式、中斷管理以及不同ARM芯片的中斷管理器等諸方面詳細(xì)介紹ARM系統(tǒng)中的中斷系統(tǒng)。第9章介紹ARM系統(tǒng)中常用的人機(jī)接口技術(shù),如鍵盤接口、鼠標(biāo)接口及LCD接口技術(shù)的擴(kuò)展及管理應(yīng)用；重點(diǎn)針對(duì)ARM7中的S3C44B0X和ARM9中的S3C2410X，對(duì)LCD接口管理集成技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。第10章介紹ARM系統(tǒng)中常用的開發(fā)環(huán)境與開發(fā)工具，以及如何選擇,并詳細(xì)介紹ADS1.2 集成開發(fā)環(huán)境的使用。第11章簡(jiǎn)單介紹ARM嵌入式操作系統(tǒng)的基本概念和特點(diǎn)，以及ARM實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本概念和系統(tǒng)特征等；詳細(xì)介紹較為流行的霤/OS-Ⅱ，WindowsCE，霤Linux三大操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。第12章詳細(xì)介紹開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的必要性，以及其中的中斷管理技術(shù)、存儲(chǔ)器管理技術(shù)和人機(jī)接口管理技術(shù)。嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)及應(yīng)用實(shí)踐第13章介紹系統(tǒng)移植技術(shù)的基本原理和方法，詳細(xì)介紹霤/OS-Ⅱ，WindowsCE，霤Linux三大操作系統(tǒng)的基本移植方法。本書力爭(zhēng)做到內(nèi)容緊湊,從易到難,表達(dá)簡(jiǎn)潔，同時(shí)也注重開發(fā)實(shí)例的實(shí)用性，貼近實(shí)際工程應(yīng)用。希望書中介紹的內(nèi)容能使讀者快速、全面地掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)，對(duì)應(yīng)用實(shí)踐有所幫助。本書的第1、3、10、11、13章由王梅英整理、編寫，其余部分由楊維劍整理、編寫。另外，趙磊、唐兵、劉旭、杜江、張俊嶺、劉秋紅、冉林倉(cāng)、張海霞、范翠麗、楊小勇、李龍、劉詠、向登寧、楊軍、沈應(yīng)逵、張濤、周松建、謝振華、黃麗娜和孫英等也編寫了部分內(nèi)容。同時(shí)，本書中也引用了參考文獻(xiàn)中的一些信息，在此對(duì)所引用的參考文獻(xiàn)的作者表示感謝！

內(nèi)容概要

本書是嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)理論與應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合的專業(yè)書籍。它以ARM系列為核心，從存儲(chǔ)器擴(kuò)展、I／0口擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)及各種接口的擴(kuò)展與應(yīng)用，到軟件開發(fā)、系統(tǒng)移植等．完整地講述了嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)及其軟硬件開發(fā)技術(shù)；并針對(duì)開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，講述了其中的中斷管理技術(shù)、存儲(chǔ)器管理技術(shù)以及人機(jī)接口管理技術(shù)等。    本書可作為普通高等院校高年級(jí)學(xué)生教材，也可作為基于ARM的硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件開發(fā)設(shè)計(jì)參考書。

書籍目錄

第1章　嵌入式系統(tǒng)概述  1.1　嵌入式系統(tǒng)的基本概念  1.2　嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)  1.3　嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用  1.4　嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)    1.4.1　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)考慮的要素    1.4.2　軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)    1.4.3　嵌入式系統(tǒng)硬件開發(fā)    1.4.4　嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)和技術(shù)挑戰(zhàn)    1.4.5　嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境    1.4.6　嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)過程    1.4.7　嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程　習(xí)題第2章　嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)  2.1　嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)    2.1.1　嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介    2.1.2　嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的重要性    2.1.3　嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型  2.2　嵌入式系統(tǒng)的流水線結(jié)構(gòu)  2.3　嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)  2.4　嵌入式系統(tǒng)的編程結(jié)構(gòu)  習(xí)題第3章  嵌入式系統(tǒng)的指令結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)　3.1　嵌入式處理器尋址方式　3.2　指令集介紹    3.2.1 ARM微處理器的指令的分類與格式    3.2.2　指令的條件域  3.3 ARM指令集    3.3.1　跳轉(zhuǎn)指令  　3.3.2　數(shù)據(jù)處理指令    3.3.3　乘法指令與乘加指令    3.3.4　程序狀態(tài)寄存器訪問指令    3.3.5　加載／存儲(chǔ)指令    3.3.6　批量數(shù)據(jù)加載／存儲(chǔ)指令    3.3.7　數(shù)據(jù)交換指令    3.3.8　移位指令(操作)    3.3.9　協(xié)處理器指令    3.3.10　異常產(chǎn)生指令　3.4　Thumb指令集　習(xí)題第4章  以ARM為核心的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　4.1　ARM核概述    4.1.1　ARM公司簡(jiǎn)介    4.1.2　ARM核的特點(diǎn)　4.2 ARM內(nèi)核的基本結(jié)構(gòu)    4.2.1　ARM內(nèi)核    4.2.2　ARM擴(kuò)展功能塊    4.2.3　ARM啟動(dòng)方式　4.3　ARM處理器模式　4.4　ARM的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)  　4.4.1　ARM存儲(chǔ)方法  　4.4.2　存儲(chǔ)空間管理單元MMU　4.5　ARM的編程結(jié)構(gòu)  　4.5.1　ARM微處理器的工作狀態(tài)　　……第5章　ARM系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)與管理第6章　ARM系統(tǒng)中的接口設(shè)計(jì)與管理第7章　ARM系統(tǒng)的I／0端口設(shè)計(jì)與管理第8章  ARM系統(tǒng)中的中斷系統(tǒng)第9章　ARM系統(tǒng)中的人機(jī)接口技術(shù)第10章　ARM系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境與開發(fā)工具第11章　ARM嵌入式操作系統(tǒng)第12章　開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)第13章　系統(tǒng)移植技術(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：由于嵌入式系統(tǒng)是應(yīng)用于特定環(huán)境下，針對(duì)特定用途來設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，所以不同于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。同樣是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)具體應(yīng)用設(shè)計(jì)的“專用系統(tǒng)”。它的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，“量體裁衣”、去除冗余，力爭(zhēng)在較少的資源上實(shí)現(xiàn)更高的性能。與通用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比，它具有以下顯著特點(diǎn)。1.是“專用”的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定任務(wù)的，而不同于一般通用PC平臺(tái)，是“專用”的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)微處理器大多非常適合于工作在為特定用戶群所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，稱為專用微處理器。它專用于某個(gè)特定的任務(wù)，或者很少幾個(gè)任務(wù)。具體的應(yīng)用需求決定著嵌入式處理器性能的選型和整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如果要更改其任務(wù)，就可能要廢棄整個(gè)系統(tǒng)并重新設(shè)計(jì)。2.運(yùn)行環(huán)境差異大嵌入式系統(tǒng)無所不在，但其運(yùn)行環(huán)境差異很大，可運(yùn)行在飛機(jī)上、冰天雪地的兩極、溫度很高的汽車?yán)锛耙鬂穸群愣ǖ目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)室等。特別是在惡劣的環(huán)境或突然斷電的情況下，要求系統(tǒng)仍能夠正常工作。這些情況對(duì)設(shè)計(jì)人員來說，意味著要同時(shí)考慮到硬件與軟件?！皣?yán)酷的環(huán)境”一般意味著更高的溫度與濕度。軍用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)對(duì)嵌入式元器件的要求非常嚴(yán)格，并且在價(jià)格上與商用、民用差別很大。例如，Intel公司的8086，當(dāng)它用在火箭上時(shí)，單價(jià)竟高達(dá)幾百美元。3.比通用PC系統(tǒng)資源少嵌入式系統(tǒng)比通用PC系統(tǒng)資源少得多。通用PC系統(tǒng)有數(shù)不勝數(shù)的系統(tǒng)資源，可輕松地完成各種工作。在自己的PC上編寫程序的同時(shí)，可播放MP3、CD和下載資料等。因?yàn)橥ㄓ肞C擁有512MB內(nèi)存、80GB硬盤空間，并且在SCSI卡上連接軟驅(qū)和CD-ROM驅(qū)動(dòng)器已是目前非常普遍的配置了。而控制GPS接收機(jī)的嵌入式系統(tǒng)，由于是專門用來執(zhí)行很少幾個(gè)確定任務(wù)的，因此它所能管理的資源比通用PC系統(tǒng)少得多。當(dāng)然，這主要是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性。不能使用通用CPU，這就意味著所選用的CPU只能管理很少的資源，其成本更低，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。

編輯推薦

《嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)及應(yīng)用實(shí)踐》：“十二五”高等院校規(guī)劃教材。

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