基于底層硬件的軟件設(shè)計(jì)

前言

怎樣在一個(gè)硬件平臺(tái)上建立并運(yùn)行一個(gè)最小的基本軟件體系？怎樣通過(guò)軟件與系統(tǒng)的各種外圍設(shè)備打交道？怎樣通過(guò)系統(tǒng)的各種接口在軟件上實(shí)現(xiàn)與外部通信？怎樣使構(gòu)建的整個(gè)基本軟件體系在操作系統(tǒng)的各種硬件外設(shè)或接口既穩(wěn)定可靠又實(shí)時(shí)高效？……本書(shū)系統(tǒng)地介紹了這些令人關(guān)注的具體設(shè)計(jì)應(yīng)用中的敏感焦點(diǎn)技術(shù)?；诘讓佑布能浖O(shè)計(jì)主要是嵌入式軟件體系的架構(gòu)和能夠?qū)η度胧綉?yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的通用計(jì)算機(jī)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。本書(shū)介紹了兩大類型的技術(shù)：一是通用計(jì)算機(jī)在Windows、Linux、VxWorks等常見(jiàn)操作系統(tǒng)下的串/并/網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)和USB、ISA、PCI設(shè)備/板卡的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；二是嵌入式應(yīng)用體系的直接基本軟件架構(gòu)與基于μC/OS、DSP/BIOS、WinCE/EXP、μCLinux、VxWorks等常見(jiàn)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的基本軟件架構(gòu)及各類常見(jiàn)嵌入式軟件體系下的UART、SPI、CAN、EMAC、ADC、DAC、存儲(chǔ)器件等外設(shè)/接口的驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)，這兩方面通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸通信緊密地聯(lián)系在一起。本書(shū)還介紹了如何使用CPLD/FPGA/PAC等器件進(jìn)行可編程數(shù)字/模擬邏輯軟件設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所需的特定外設(shè)/接口及其連接與FPGASoPC軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)。書(shū)中既有對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的定制/移植、嵌入式體系外設(shè)/接口的驅(qū)動(dòng)軟件架構(gòu)、可編程器件軟件設(shè)計(jì)等的理論介紹和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)匯總，又列舉了大量的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和實(shí)際問(wèn)題解決處理的軟件設(shè)計(jì)實(shí)例，是作者多年來(lái)從事軟硬件項(xiàng)目產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和高校應(yīng)用技術(shù)課程講解的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與資料積累。本書(shū)共有12章。第1章概括描述了基于底層硬件的軟件設(shè)計(jì)所涉及的技術(shù)范疇；第2～4章介紹通用計(jì)算機(jī)在常用操作系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件模型和串/并/網(wǎng)絡(luò)的通信實(shí)現(xiàn)及其USB、ISA、PCI設(shè)備/板卡的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；第5章介紹常見(jiàn)微控制/處理器的基本軟件體系及其外設(shè)/接口驅(qū)動(dòng)軟件的直接軟件架構(gòu)；第6～10章介紹常用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的定制/移植及其基本軟件體系與外設(shè)/接口驅(qū)動(dòng)的軟件架構(gòu)；第11章介紹嵌入式應(yīng)用體系外設(shè)/接口的可編程邏輯設(shè)計(jì)和FPGASoPC軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)；第12章歸納總結(jié)了基于底層硬件的軟件的基本特點(diǎn)和設(shè)計(jì)規(guī)則并通過(guò)若干個(gè)典型的項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)例說(shuō)明了這些設(shè)計(jì)規(guī)律的綜合實(shí)踐應(yīng)用。需要特別說(shuō)明的是，相關(guān)VxWorks操作系統(tǒng)的底層硬件的軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，在書(shū)中把它分為兩章進(jìn)行介紹：一章為通用X86及其Pentium系列計(jì)算機(jī)下的數(shù)據(jù)傳輸通信實(shí)現(xiàn)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，另一章為像ARM等的嵌入式應(yīng)用軟件體系架構(gòu)。在工業(yè)數(shù)據(jù)采集和控制應(yīng)用中，VxWorks在X86及其Pentium系列計(jì)算機(jī)中應(yīng)用普遍，幾乎直接安裝Tornado for X86/Pentium就可運(yùn)行，所做的只是特殊的數(shù)據(jù)傳輸通信實(shí)現(xiàn)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；而在ARM等嵌入式應(yīng)用體系中，則需要做特別的操作系統(tǒng)移植和BSP設(shè)計(jì)及其外設(shè)/接口驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)。本書(shū)具有以下4個(gè)特點(diǎn)：1. 理論淺顯易懂，偏重實(shí)用，項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)例豐富；2. 知識(shí)涉及面廣，現(xiàn)代新技術(shù)應(yīng)用處處可見(jiàn)；3. 軟硬件嵌接緊密，重點(diǎn)講述了軟件如何穩(wěn)定可靠、高效快速地操作硬件；4. 結(jié)構(gòu)組成上力求條理清晰、重點(diǎn)突出、目的明確，循序漸進(jìn)、由淺入深、由抽象到具體、由理論到實(shí)踐的思想貫穿于每一章節(jié)。該書(shū)是本人“嵌入式軟硬件及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列應(yīng)用技術(shù)叢書(shū)中的第二本。本人計(jì)劃寫(xiě)作4本書(shū)：《嵌入式系統(tǒng)硬件體系設(shè)計(jì)》、《基于底層硬件的軟件設(shè)計(jì)》、《嵌入式應(yīng)用程序及其監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)》和《嵌入式系統(tǒng)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)》。第一本書(shū)《嵌入式系統(tǒng)硬件體系設(shè)計(jì)》已經(jīng)出版，它是本書(shū)的基礎(chǔ)，相關(guān)硬件的設(shè)計(jì)和操作可以參考該書(shū)?！肚度胧綉?yīng)用程序及其監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)》是本書(shū)的后續(xù)技術(shù)書(shū)籍，本書(shū)是它的基礎(chǔ)。本書(shū)的讀者群可以是從事工業(yè)檢測(cè)控制、語(yǔ)音/圖像處理與解壓縮、航空航天、軍事、移動(dòng)通信及便攜式PDA產(chǎn)品設(shè)計(jì)等行業(yè)的各級(jí)軟硬件設(shè)計(jì)人員，也可以作為高等學(xué)校/職業(yè)學(xué)校嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)與機(jī)電一體化教育培訓(xùn)的教材。本書(shū)的很多內(nèi)容曾經(jīng)被編成系列講義，在高等學(xué)校本科生和專職/在職研究生生中講解，收到很好的效果。愿本書(shū)的出版能夠給從事或欲從事軟、硬件設(shè)計(jì)的廣大工程技術(shù)人員開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠、簡(jiǎn)捷便利、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品帶來(lái)更多的幫助?；诘讓佑布浖O(shè)計(jì)的目標(biāo)和方向有兩個(gè)：一是嵌入式基本體系及其外設(shè)與接口的軟件架構(gòu)；二是通用計(jì)算機(jī)常規(guī)操作系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。兩者都屏蔽了所有相關(guān)硬件的操作，只留有相關(guān)硬件操作的API函數(shù)、功能性軟件設(shè)計(jì)。或者說(shuō)，留給應(yīng)用軟件工程師的任務(wù)就是在基于硬件的程序架構(gòu)下編寫(xiě)功能代碼?；诘讓佑布能浖O(shè)計(jì)是一門綜合性軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)，涉及很多應(yīng)用領(lǐng)域及方法和技巧。由于個(gè)人知識(shí)水平和認(rèn)識(shí)能力的局限，書(shū)中存在的不當(dāng)或錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

介紹基于底層硬件的軟件設(shè)計(jì)，涉及了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的定制/移植、基于底層硬件的軟件體系架構(gòu)等實(shí)用技術(shù)。主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是通用計(jì)算機(jī)在Windows、Linux和Vx-Works等常見(jiàn)操作系統(tǒng)下的串/并/網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)和USB、ISA、PCI設(shè)備/板卡的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)；二是嵌入式應(yīng)用體系的直接基本軟件架構(gòu)與基于μC/OS、DSP/BIOS、WinCE/EXP、μCLinux及VxWorks等常見(jiàn)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下的基本軟件架構(gòu)及各類常見(jiàn)嵌入式軟件體系下的UART、SPI、CAN、EMAC、ADC、DAC、存儲(chǔ)器件等外設(shè)/接口的驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)。書(shū)中還介紹了如何使用CPLD/FPGA/PAC等器件進(jìn)行可編程數(shù)字/模擬邏輯軟件的設(shè)計(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所需的特定外設(shè)/接口及其連接與FPGA-SoPC軟硬件協(xié)同的設(shè)計(jì)。    本書(shū)特別適合于從事嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的廣大工程技術(shù)人員，也是高等學(xué)校/職業(yè)學(xué)校嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與機(jī)電一體化教育培訓(xùn)的理想教材和參考書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

怯肇乾（1969—），男，河南汝州人，電子與信息技術(shù)高級(jí)工程師，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師/培訓(xùn)師。怯公，多年從事軟硬件體系及其系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)，熟知Widows、Linux等應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，熟知、J2EE架構(gòu)及其跨平臺(tái)程序設(shè)計(jì)，熟知FPGA—SoPC軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，特別是嵌入式系統(tǒng)及其μc/Os、μC

書(shū)籍目錄

第1章 基于底層硬件的軟件設(shè)計(jì)概述　1.1 底層硬件操作軟件及設(shè)計(jì)的總體闡述　　1.1.1 底層硬件操作軟件的綜合闡述　　1.1.2 底層硬件操作軟件的層次組織　　1.1.3 基于底層硬件的操作軟件設(shè)計(jì)　　1.1.4 硬件操作軟件設(shè)計(jì)的目的和要求　1.2 通用計(jì)算機(jī)底層硬件操作軟件及設(shè)計(jì)　　1.2.1 通用計(jì)算機(jī)的底層硬件軟件概述　　1.2.2 常用操作系統(tǒng)及其設(shè)備驅(qū)動(dòng)介紹　1.3 嵌入式體系底層硬件操作軟件及設(shè)計(jì)　　1.3.1 嵌入式體系的底層硬件軟件概述　　1.3.2 常用ERTOS及其軟件體系設(shè)計(jì)　　1.3.3 嵌入式體系中的可編程邏輯設(shè)計(jì)　　1.3.4 嵌入式軟件體系架構(gòu)的考慮要素　本章小結(jié)第2章 Windows底層硬件的軟件設(shè)計(jì)　2.1 Windows底層硬件驅(qū)動(dòng)及其軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)概述　　2.1.1 Windows系統(tǒng)構(gòu)造及其底層硬件驅(qū)動(dòng)概述　　2.1.2 Windows底層硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)綜述　2.2 用WinDDK開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件　　2.2.1 WinDDK設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的軟件編寫(xiě)　　2.2.2 WinDDK設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編譯構(gòu)建　　2.2.3 WinDDK設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的檢查驗(yàn)證　　2.2.4 WinDDK設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝/調(diào)試　　2.2.5 WinDDK設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的測(cè)試/使用　2.3 用DriverStudio開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件　　2.3.1 DriverStudio設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)概述　　2.3.2 DriverStudio設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編譯與裝載　　2.3.3 使用DriverStidio快速開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件　2.4 用WinDriver開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)Windows設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件　　2.4.1 WinDriver設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)工具概述　　2.4.2 主要WinDriver數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和API函數(shù)介紹　　2.4.3 用WinDriver編程向?qū)Э焖匍_(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序　　2.4.4 直接利用WinDriver的API函數(shù)開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序　　2.4.5 WinDriver開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序的分發(fā)與應(yīng)用　2.5 通過(guò)常見(jiàn)Windows通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)　　2.5.1 在Windows下通過(guò)異步串行口傳輸數(shù)據(jù)　　2.5.2 在Windows下通過(guò)并行接口傳輸數(shù)據(jù)　　2.5.3 通過(guò)Winsock編程接口實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)絡(luò)通信　2.6 USB接口硬件設(shè)備的Windows驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　　2.6.1 USB體系及其WDM型驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)　　2.6.2 USB硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)用設(shè)計(jì)舉例　2.7 ISA/PC104接口板卡的Windows驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　　2.7.1 ISA/PC104接口板卡及其驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)概述　　2.7.2 ISA/PC104板卡硬件驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)舉例　2.8 PCI/CPCI接口板卡的Windows驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　　2.8.1 PCI/CPCI板卡硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)　　2.8.2 常見(jiàn)PCI/CPCI板卡驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)　　2.8.3 DMA傳輸?shù)腜CI/CPCI板卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)　　2.8.4 PCI/CPCI板卡驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)用與調(diào)試　本章小結(jié)第3章 基于Linux操作系統(tǒng)底層硬件的軟件設(shè)計(jì)　3.1 Linux硬件驅(qū)動(dòng)及其軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)概述　　3.1.1 Linux下的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)概述　　3.1.2 Linux硬件驅(qū)動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)　3.2 字符型硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序軟件設(shè)計(jì)　　3.2.1 字符型硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)綜述101 　　3.2.2 向系統(tǒng)中添加字符型設(shè)備　　3.2.3 字符型設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)舉例　3.3 塊型硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序軟件設(shè)計(jì)　　3.3.1 塊型硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)綜述　　3.3.2 向系統(tǒng)中添加塊型設(shè)備　　3.3.3 塊型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)　3.4 網(wǎng)絡(luò)型硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序軟件設(shè)計(jì)　　3.4.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行機(jī)理概述　　3.4.2 網(wǎng)絡(luò)型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的具體實(shí)現(xiàn)　　3.4.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的應(yīng)用設(shè)計(jì)舉例　3.5 常見(jiàn)硬件的Linux硬件驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　　3.5.1 在Linux下進(jìn)行異步串行數(shù)據(jù)傳輸　　3.5.2 在Linux下通過(guò)并行接口傳輸數(shù)據(jù)　　3.5.3 Socket接口的以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸　　3.5.4 USB外設(shè)的Linux驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)　　3.5.5 ISA/PC104板卡的Linux驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)　　3.5.6 PCI/CPCI板卡的Linux驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)　3.6 用WinDriver開(kāi)發(fā)Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序　　3.6.1 WinDriver for Linux開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介　　3.6.2 應(yīng)用WinDriver快速開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序　　3.6.3 WinDriver驅(qū)動(dòng)程序的分發(fā)與應(yīng)用　本章小結(jié)第4章  VxWorks底層硬件的軟件設(shè)計(jì)第5章  嵌入式基本體系及外設(shè)接口的直接軟件架構(gòu)第6章  嵌入式μC/OS基本體系及外設(shè)接口的軟件架構(gòu)第7章  嵌入式DRTOS基本體系及外設(shè)接口的軟件架構(gòu)第8章  嵌入式WinCE/XP基本體系及外設(shè)接口的軟件架構(gòu)第9章  嵌入式Linux基本體系及外設(shè)接口的軟件架構(gòu)第10章  嵌入式VxWorks基本體系及外設(shè)接口的軟件架構(gòu)第11章  硬件外設(shè)/接口及其片上系統(tǒng)的可編程軟件實(shí)現(xiàn)第12章  基于底層硬件的軟件設(shè)計(jì)實(shí)踐參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《基于底層硬件的軟件設(shè)計(jì)》特別適合于從事嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的廣大工程技術(shù)人員，也是高等學(xué)校/職業(yè)學(xué)校嵌入式系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)與機(jī)電一體化教育培訓(xùn)的理想教材和參考書(shū)。

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