嵌入式系統(tǒng)原理與應用技術

前言

使用單片機、FPGA／CPLD、DSP、ARM等實現(xiàn)的產(chǎn)品都可以稱為嵌入式產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)具有軟硬件結合和多學科交叉融合的特點，如基于嵌入式技術的智能機器人就是一個多學科交叉融合的例子。選擇一款主流嵌入式處理器芯片，以點帶面、循序漸進地進行嵌入式系統(tǒng)學習是一條有效的學習途徑。鑒于這種考慮，本書以當前流行的S3C2410芯片為核心，重點介紹嵌入式系統(tǒng)硬件工作原理及接口應用技術、嵌入式程序設計及嵌入式Linux基礎應用?，F(xiàn)有的嵌入式書籍有些偏重理論，有些偏重介紹硬件或軟件，本書是在嵌入式系統(tǒng)學習問卷調(diào)查結果的基礎上形成的，它不僅兼顧了嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件基本知識，而且在內(nèi)容取舍上充分考慮了學生的實際需求。問卷調(diào)查結果對本書內(nèi)容取舍起到了很好的啟發(fā)作用。本書由袁志勇、王景存老師任主編，章登義、劉樹波老師任副主編。第1～3章、第9章和附錄由袁志勇編寫，第5～7章、第10章由王景存編寫，第4章和第8章由劉樹波編寫，第11～13章由章登義、陳旭輝編寫。袁志勇、王景存對全書進行了修改和統(tǒng)稿。研究生鄢月圓、楊東東和邱遠軍參與了本書的程序調(diào)試與圖表制作。歐志輝同學組織了本科生嵌入式系統(tǒng)課程學習的問卷調(diào)查并制作了本書的部分圖表。作者在編寫過程中參考了大量的相關書籍和網(wǎng)站，學到了很多知識并從中受益，在此對參考文獻中的作者表示衷心的感謝。感謝北京航空航天大學出版社領導的大力支持以及相關人員對本書出版所付出的辛勤勞動，感謝武漢大學、武漢科技大學等單位領導和教師對本書修改所提出的寶貴意見。雖然作者有多年從事嵌入式系統(tǒng)教學與研究工作的經(jīng)歷，但由于水平有限，書中難免有錯誤和疏漏之處，敬請讀者和同行專家們批評指正。

內(nèi)容概要

　　以當前流行的S3C2410嵌入式處理器為核心，介紹嵌入式系統(tǒng)硬件工作原理與接口應用技術、嵌入式程序設計及嵌入式Linux基礎應用。主要內(nèi)容有：嵌入式系統(tǒng)概論、ARM9體系結構、ARM指令系統(tǒng)時鐘及電源管理、中斷與定時技術、DMA技術、串行通信接口、網(wǎng)絡接口、人機接口、Linux操作系統(tǒng)基礎、嵌入式Linux軟件設計、基于QT/Embedded的嵌入式GUI設計?！　”緯瓤勺鳛楦叩仍盒Ｓ嬎銠C、電子信息、自動化等專業(yè)本科生和相關專業(yè)研究生的教材，也可作為從事嵌入式系統(tǒng)研究與開發(fā)的工程技術人員的參考書。

書籍目錄

第1章 嵌入式系統(tǒng)概論1.1 嵌入式系統(tǒng)簡介1.1.1 嵌入式系統(tǒng)的定義1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的組成1.1.3 嵌入式系統(tǒng)的應用與發(fā)展1.2 嵌入式微處理器1.2.1 嵌入式微處理器分類1.2.2 ARM嵌入式微處理器1.2.3 嵌入式微處理器選型1.3 嵌入式操作系統(tǒng)1.3.1 概況1.3.2 Windows CE簡介1.3.3 嵌入式Linux簡介1.3.4 μC/OS-Ⅱ簡介習 題第2章 ARM9體系結構2.1 ARM9嵌入式微處理器2.1.1 ARM9的結構特點2.1.2 ARM9指令集特點2.1.3 ARM9工作模式2.2 ARM9存儲器組織結構2.2.1 大端存儲和小端存儲2.2.2 I/O端口的訪問方式2.2.3 內(nèi)部寄存器2.3 ARM9異常2.3.1 異常的類型及向量地址2.3.2 異常的優(yōu)先級2.3.3 進入和退出異常2.4 S3C2410嵌入式微處理器2.4.1 S3C2410及片內(nèi)外圍簡介2.4.2 S3C2410引腳信號2.4.3 D3C2410專用寄存器2.4.4 ARM920T總線接口單元簡介習題第3章 ARM指令系統(tǒng)3.1 ARM指令集3.1.1 ARM指令分類及格式3.1.2 ARM指令尋址方式3.1.3 常用ARM指令3.2 ARM匯編偽指令與偽操作3.2.1 常用ARM匯編偽指令3.2.2 常用ARM匯編偽操作3.3 Thumb指令集簡介3.4 ADS 1.2集成開發(fā)環(huán)境的使用3.4.1 ADS 1.2使用介紹3.4.2 使用ADS 1.2設計匯編程序舉例習題第4章 時鐘及電源管理4.1 S3C2410時鐘結構4.2 S3C2410電源管理模式4.3 相關特殊功能寄存器4.4 常用單元電路設計4.4.1 電源電路設計4.4.2 晶振電路設計4.4.3 復位電路設計習 題第5章 存儲器與I/O接口原理5.1 存儲器概述5.1.1 SRAM和DRAM5.1.2 NOR Flash和NAND Flash5.2 存儲系統(tǒng)機制5.2.1 存儲器接口方式5.2.2 高速緩存機制(Cache)5.2.3 存儲管理單元(MMU)5.3 S3C2410存儲系統(tǒng)5.3.1 S3(22410存儲空間5.3.2 S3C2410存儲器接口設計5.4 S3C2410 I/O端口5.4.1 I/O端口控制寄存器5.4.2 I/O端口應用舉例習 題第6章 中斷與定時技術6.1 中斷概述6.1.1 中斷向量6.1.2 中斷優(yōu)先級6.1.3 中斷屏蔽6.2 S3C2410中斷系統(tǒng)6.2.1 概述6.2.2 中斷控制寄存器6.2.3 中斷舉例6.3 定時器工作原理6.3.1 概述6.3.2 工作原理6.4 S3C2410定時器6.4.1 定時器及PWM6.4.2 看門狗定時器6.4.3 RTC習題第7章 DMA技術7.1 DMA概述7.1.1 DMA簡介7.1.2 DMA傳輸過程7.2 S3C2410 DMA7.2.1 DMA請求源7.2.2 DMA模式7.2.3 DMA操作過程7.2.4 DMA時序7.3 S3C2410 DMA寄存器7.3.1 傳輸控制寄存器7.3.2 狀態(tài)寄存器7.4 DMA操作編程7.4.1 DMA操作初始化7.4.2 DMA操作編程舉例習 題第8章 串行通信接口8.1 串行通信基礎知識8.1.1 串行數(shù)據(jù)傳送模式8.1.2 串行通信方式8.1.3 RS-232C串行通信接口8.1.4 RS-422和RS-485標準8.2 S3C22410串行接口8.2.1 S3C2410 UART結構8.2.2 S3C2410 UART工作原理8.2.3 S3C22410 UART專用寄存器8.3 串行通信舉例8.3.1 RS-232C接口設計8.3.2 串口初始化8.3.3 發(fā)送/接收程序舉例8.4 IIS串行數(shù)字音頻接口8.4.1 IIS接口總線格式8.4.2 IIS接口應用舉例習題第9章 網(wǎng)絡接口9.1 網(wǎng)絡接口技術概述9.1.1 分布嵌入式系統(tǒng)結構9.1.2 分布嵌入式網(wǎng)絡通信方式9.2 IIC接口9.2.1 IIC總線9.2.2 S3C2410 IIC接口9.3 CAN總線接口9.3.1 CAN總線9.3.2 CAN接口9.4 以太網(wǎng)接口9.4.1 嵌入式以太網(wǎng)基礎知識9.4.2 S3C22410以太網(wǎng)接口9.4.3 socket網(wǎng)絡編程9.4.4 嵌入式Web服務器程序設計習 題第10章 人機接口10.1 鍵盤接口10.1.1 按鍵的識別10.1.2 鍵盤接口舉例10.2 LED顯示器10.2.1 LED顯示控制原理10.2.2 LED接口舉例10.3 LCD接口10.3.1 LCD顯示控制原理10.3.2 S3C2410 LCD控制器10.3.3 S3C22410 LCD寄存器10.3.4 LCD接口舉例10.4 ADC和觸摸屏接口10.4.1 觸摸屏的種類10.4.2 S3C2410 ADC和觸摸屏10.4.3 ADC和觸摸屏接口舉例習題第11章 Linux操作系統(tǒng)基礎11.1 Linux操作系統(tǒng)概述11.1.1 Linux的發(fā)展歷程11.1.2 Linux的特點11.2 Linux內(nèi)核的結構11.2.1 進程管理11.2.2 內(nèi)存管理11.2.3 虛擬文件系統(tǒng)11.2.4 網(wǎng)絡接口11.2.5 進程問通信11.3 Linux設備管理11.3.1 字符設備11.3.2 塊設備11.3.3 可安裝模塊11.4 Linux的使用11.4.1 Linux常用命令11.4.2 vi編輯器的使用11.4.3 gcc編譯器和make工具11.4.4 gdb調(diào)試11.5 Linux的安裝11.5.1 目前流行的Linux發(fā)行版本11.5.2 Linux安裝在獨立的硬盤分區(qū)11.5.3 Linux安裝在虛擬機中習題第12章 嵌入式Linux軟件設計12.1 Bootloader引導程序12.1.1 Bootloader的概念12.1.2 Bootloader的主要過程與典型結構框架12.1.3 常見Bootloader簡介12.2 Linux的移植12.2.1 內(nèi)核移植12.2.2 系統(tǒng)移植12.3 驅(qū)動程序開發(fā)12.4 應用程序開發(fā)12.4.1 建立連接12.4.2 編寫應用程序12.4.3 下載應用程序12.4.4 調(diào)試應用程序習題第13章 基于Qt/Embedded的嵌入式GUI設計13.1 嵌入式GUI簡介13.1.1 Linux圖形領域的基礎設施13.1.2 嵌入式GUI高級函數(shù)庫13.1.3 面向嵌入式Linux的圖形用戶界面13.2 創(chuàng)建Qt/Embedded嵌入式圖形開發(fā)環(huán)境13.2.1 Qt/Embedded概述13.2.2 創(chuàng)建Qt/Embedded開發(fā)環(huán)境13.3 Qt/Embedded的使用13.3.1 信號與插槽13.3.2 窗體13.3.3 對話框13.4 Qt/Embedded應用舉例13.4.1 Qt/Embedded開發(fā)流程13.4.2 基于PC的Hello程序13.4.3 發(fā)布Qt/Embedded程序到目標板習題附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：4.機器人隨著嵌入式系統(tǒng)和機器人技術的普及和發(fā)展，機器人本體功能越來越趨于模塊化、智能化、微型化。同時，機器人的價格也在大幅度下降，使其在軍事、工業(yè)、家庭和醫(yī)療等領域獲得更廣泛的應用。例如，國內(nèi)最近開發(fā)了一種“醫(yī)療服務機器人”，其核心部件主要由CPLD和多個EMCU組成。它可將大腦脫離機器人本體并置于母環(huán)境中，采用無線通信與本體進行交互；而服務機器人本體中的小腦具體實現(xiàn)接收機器人大腦發(fā)出的各種命令，控制機器人各個執(zhí)行和感知機構，進而實現(xiàn)機器人本體各個功能模塊之間相互協(xié)調(diào)配合的功能。5.軍事國防領域軍事國防歷來就是嵌入式系統(tǒng)的重要應用領域。20世紀70年代，嵌入式計算機系統(tǒng)應用在武器控制系統(tǒng)中，后來用于軍事指揮控制和通信系統(tǒng)。目前，在各種武器控制裝置（火炮、導彈和智能炸彈制導引爆等控制裝置）、坦克、艦艇、轟炸機、陸海空各種軍用電子裝備、雷達、電子對抗裝備、軍事通信裝備、野戰(zhàn)指揮作戰(zhàn)用各種專用設備等中，都可以看到嵌入式系統(tǒng)的身影。使用嵌入式技術的武器曾為美軍在伊拉克戰(zhàn)爭中發(fā)揮重要的作用。6.醫(yī)療儀器嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)療儀器中的應用普及率極高。在設計過程中，根據(jù)需要對嵌入式系統(tǒng)重新編程，可避免前端流片（NRE）成本，減少和ASIC相關的訂量，降低芯片多次試制的巨大風險。此外，隨著標準的發(fā)展或者當需求出現(xiàn)變化時，還可以在現(xiàn)場更新，而且設計人員能夠反復使用公共硬件平臺，在一個基本設計基礎上，建立不同的系統(tǒng)，支持各種功能，從而大大降低生產(chǎn)成本。使產(chǎn)品具有較長的生命周期，可以保護醫(yī)療儀器不會太快過時，醫(yī)療行業(yè)的產(chǎn)品生命周期比較長，因此這一特性非常重要。現(xiàn)代數(shù)字醫(yī)療儀器設備不但包括診療設備，而且還有數(shù)據(jù)存儲服務器和接口軟件。嵌入式系統(tǒng)可為醫(yī)療儀器設備設計、生產(chǎn)和使用提供先進的技術支持。當今，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)進入大融合的時代，其特點如下：通信、計算機及消費電子產(chǎn)品（3C）融合——趨向沒有獨立的3C，只有融合的3C，即信息產(chǎn)品（IA）；數(shù)字模擬融合、微機電融合、電路板硅片融合及硬軟件設計融合——趨向SoC：和SiP；嵌入式整機的開發(fā)工作也從傳統(tǒng)的硬件為主變?yōu)檐浖橹?；激烈的市場競爭和技術進步呼喚著新穎的產(chǎn)品開發(fā)平臺，特別是SoC開發(fā)平臺的出現(xiàn)。隨著嵌入式技術的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)將更廣泛應用于人類生活的各個方面。如基于嵌入式Internet網(wǎng)絡的地球電子皮膚，可以嵌入到牙齒上的手機都在研發(fā)之列。我國著名嵌入式系統(tǒng)專家沈緒榜院士認為：計算機是認識世界的工具，而嵌入式系統(tǒng)則是改造世界的產(chǎn)物。

編輯推薦

《嵌入式系統(tǒng)原理與應用技術》特色：在編寫上力求系統(tǒng)性、實用性與先進性相結合，理論與實踐相交融。不但注重嵌入式系統(tǒng)軟硬件知識的講解，也兼顧嵌入式技術的應用。

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