嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用技術(shù)

前言

使用單片機(jī)、FPGA／CPLD、DSP、ARM等實(shí)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(jié)合和多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，如基于嵌入式技術(shù)的智能機(jī)器人就是一個(gè)多學(xué)科交叉融合的例子。選擇一款主流嵌入式處理器芯片，以點(diǎn)帶面、循序漸進(jìn)地進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)是一條有效的學(xué)習(xí)途徑。鑒于這種考慮，本書以當(dāng)前流行的S3C2410芯片為核心，重點(diǎn)介紹嵌入式系統(tǒng)硬件工作原理及接口應(yīng)用技術(shù)、嵌入式程序設(shè)計(jì)及嵌入式Linux基礎(chǔ)應(yīng)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(xué)習(xí)問卷調(diào)查結(jié)果的基礎(chǔ)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(xué)生的實(shí)際需求。問卷調(diào)查結(jié)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(jìn)行了修改和統(tǒng)稿。研究生鄢月圓、楊東東和邱遠(yuǎn)軍參與了本書的程序調(diào)試與圖表制作。歐志輝同學(xué)組織了本科生嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)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(guān)書籍和網(wǎng)站，學(xué)到了很多知識并從中受益，在此對參考文獻(xiàn)中的作者表示衷心的感謝。感謝北京航空航天大學(xué)出版社領(lǐng)導(dǎo)的大力支持以及相關(guān)人員對本書出版所付出的辛勤勞動(dòng)，感謝武漢大學(xué)、武漢科技大學(xué)等單位領(lǐng)導(dǎo)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(xué)與研究工作的經(jīng)歷，但由于水平有限，書中難免有錯(cuò)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(dāng)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(yīng)用技術(shù)、嵌入式程序設(shè)計(jì)及嵌入式Linux基礎(chǔ)應(yīng)用。主要內(nèi)容有：嵌入式系統(tǒng)概論、ARM9體系結(jié)構(gòu)、ARM指令系統(tǒng)時(shí)鐘及電源管理、中斷與定時(shí)技術(shù)、DMA技術(shù)、串行通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、人機(jī)接口、Linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)、嵌入式Linux軟件設(shè)計(jì)、基于QT/Embedded的嵌入式GUI設(shè)計(jì)。　　本書既可作為高等院校計(jì)算機(jī)、電子信息、自動(dòng)化等專業(yè)本科生和相關(guān)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(shù)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(yīng)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(xí) 題第2章 ARM9體系結(jié)構(gòu)2.1 ARM9嵌入式微處理器2.1.1 ARM9的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1.2 ARM9指令集特點(diǎn)2.1.3 ARM9工作模式2.2 ARM9存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)2.2.1 大端存儲(chǔ)和小端存儲(chǔ)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(jìn)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(xí)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(shè)計(jì)匯編程序舉例習(xí)題第4章 時(shí)鐘及電源管理4.1 S3C2410時(shí)鐘結(jié)構(gòu)4.2 S3C2410電源管理模式4.3 相關(guān)特殊功能寄存器4.4 常用單元電路設(shè)計(jì)4.4.1 電源電路設(shè)計(jì)4.4.2 晶振電路設(shè)計(jì)4.4.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)習(xí) 題第5章 存儲(chǔ)器與I/O接口原理5.1 存儲(chǔ)器概述5.1.1 SRAM和DRAM5.1.2 NOR Flash和NAND Flash5.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)機(jī)制5.2.1 存儲(chǔ)器接口方式5.2.2 高速緩存機(jī)制(Cache)5.2.3 存儲(chǔ)管理單元(MMU)5.3 S3C2410存儲(chǔ)系統(tǒng)5.3.1 S3(22410存儲(chǔ)空間5.3.2 S3C2410存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì)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(yīng)用舉例習(xí) 題第6章 中斷與定時(shí)技術(shù)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(shí)器工作原理6.3.1 概述6.3.2 工作原理6.4 S3C2410定時(shí)器6.4.1 定時(shí)器及PWM6.4.2 看門狗定時(shí)器6.4.3 RTC習(xí)題第7章 DMA技術(shù)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(shí)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(xí) 題第8章 串行通信接口8.1 串行通信基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)8.2 S3C22410串行接口8.2.1 S3C2410 UART結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)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(yīng)用舉例習(xí)題第9章 網(wǎng)絡(luò)接口9.1 網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)概述9.1.1 分布嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9.1.2 分布嵌入式網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)知識9.4.2 S3C22410以太網(wǎng)接口9.4.3 socket網(wǎng)絡(luò)編程9.4.4 嵌入式Web服務(wù)器程序設(shè)計(jì)習(xí) 題第10章 人機(jī)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(xí)題第11章 Linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)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(diǎn)11.2 Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)11.2.1 進(jìn)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(luò)接口11.2.5 進(jìn)程問通信11.3 Linux設(shè)備管理11.3.1 字符設(shè)備11.3.2 塊設(shè)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(dú)立的硬盤分區(qū)11.5.3 Linux安裝在虛擬機(jī)中習(xí)題第12章 嵌入式Linux軟件設(shè)計(jì)12.1 Bootloader引導(dǎo)程序12.1.1 Bootloader的概念12.1.2 Bootloader的主要過程與典型結(jié)構(gòu)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(dòng)程序開發(fā)12.4 應(yīng)用程序開發(fā)12.4.1 建立連接12.4.2 編寫應(yīng)用程序12.4.3 下載應(yīng)用程序12.4.4 調(diào)試應(yīng)用程序習(xí)題第13章 基于Qt/Embedded的嵌入式GUI設(shè)計(jì)13.1 嵌入式GUI簡介13.1.1 Linux圖形領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)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(biāo)板習(xí)題附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：4.機(jī)器人隨著嵌入式系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)的普及和發(fā)展，機(jī)器人本體功能越來越趨于模塊化、智能化、微型化。同時(shí)，機(jī)器人的價(jià)格也在大幅度下降，使其在軍事、工業(yè)、家庭和醫(yī)療等領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用。例如，國內(nèi)最近開發(fā)了一種“醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人”，其核心部件主要由CPLD和多個(gè)EMCU組成。它可將大腦脫離機(jī)器人本體并置于母環(huán)境中，采用無線通信與本體進(jìn)行交互；而服務(wù)機(jī)器人本體中的小腦具體實(shí)現(xiàn)接收機(jī)器人大腦發(fā)出的各種命令，控制機(jī)器人各個(gè)執(zhí)行和感知機(jī)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體各個(gè)功能模塊之間相互協(xié)調(diào)配合的功能。5.軍事國防領(lǐng)域軍事國防歷來就是嵌入式系統(tǒng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。20世紀(jì)70年代，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)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(dǎo)彈和智能炸彈制導(dǎo)引爆等控制裝置）、坦克、艦艇、轟炸機(jī)、陸?？崭鞣N軍用電子裝備、雷達(dá)、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(shè)備等中，都可以看到嵌入式系統(tǒng)的身影。使用嵌入式技術(shù)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(yīng)用普及率極高。在設(shè)計(jì)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(guān)的訂量，降低芯片多次試制的巨大風(fēng)險(xiǎn)。此外，隨著標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展或者當(dāng)需求出現(xiàn)變化時(shí)，還可以在現(xiàn)場更新，而且設(shè)計(jì)人員能夠反復(fù)使用公共硬件平臺(tái)，在一個(gè)基本設(shè)計(jì)基礎(chǔ)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(hù)醫(yī)療儀器不會(huì)太快過時(shí)，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?，F(xiàn)代數(shù)字醫(yī)療儀器設(shè)備不但包括診療設(shè)備，而且還有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器和接口軟件。嵌入式系統(tǒng)可為醫(yī)療儀器設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用提供先進(jìn)的技術(shù)支持。當(dāng)今，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入大融合的時(shí)代，其特點(diǎn)如下：通信、計(jì)算機(jī)及消費(fèi)電子產(chǎn)品（3C）融合——趨向沒有獨(dú)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(jī)電融合、電路板硅片融合及硬軟件設(shè)計(jì)融合——趨向SoC：和SiP；嵌入式整機(jī)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(shù)進(jìn)步呼喚著新穎的產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)，特別是SoC開發(fā)平臺(tái)的出現(xiàn)。隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)將更廣泛應(yīng)用于人類生活的各個(gè)方面。如基于嵌入式Internet網(wǎng)絡(luò)的地球電子皮膚，可以嵌入到牙齒上的手機(jī)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(rèn)為：計(jì)算機(jī)是認(rèn)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(yīng)用技術(shù)》特色：在編寫上力求系統(tǒng)性、實(shí)用性與先進(jìn)性相結(jié)合，理論與實(shí)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(shù)的應(yīng)用。

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