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第1章 嵌入式系统概述 1

1.1嵌入式系统的概念 1

1.2嵌入式系统和嵌入式处理器的发展 2

1.2.1嵌入式系统的发展 2

1.2.2嵌入式处理器的发展 2

1.3嵌入式系统的特点 4

1.4嵌入式系统的组成 6

1.5嵌入式系统的种类 6

1.6嵌入式产品开发流程 7

1.6.1需求分析阶段 7

1.6.2方案设计阶段 8

1.6.3科研开发阶段 9

1.6.4系统测试阶段 9

1.7嵌入式系统的调试方法 11

1.7.1基于主机的调试 11

1.7.2远程调试器与调试代理 11

1.7.3 ROM仿真器 12

1.7.4在线仿真 14

1.7.5 BDM 14

1.7.6 JTAG 16

1.7.7软件仿真器 18

1.8嵌入式系统的应用 20

1.9嵌入式系统的发展趋势 22

1.9.1硬件的发展 22

1.9.2软件的发展 23

1.9.3系统的发展 24

本章小结 25

思考题 25

第2章 嵌入式处理器 27

2.1概述 27

2.2嵌入式系统硬件子系统组成 27

2.2.1嵌入式系统的嵌入形式 27

2.2.2硬件子系统总体组成 29

2.2.3嵌入式处理器子系统 30

2.2.4嵌入式存储器子系统 32

2.2.5附属电路和I/O子系统 32

2.2.6调试子系统 32

2.3嵌入式处理器的技术指标 33

2.4典型的嵌入式处理器简介 35

2.4.1Microchip系列嵌入式控制器 35

2.4.2Philips LPC嵌入式控制器系列 35

2.4.3Freescale微控制器MC68HC08系列 35

2.4.4MCS-51系列嵌入式控制器/处理器 36

2.4.5Atmel公司的AVR系列微控制器 36

2.4.680C186系列16位嵌入式处理器 37

2.4.7MC68HC12系列处理器 37

2.4.8PowerPC系列32位嵌入式处理器 37

2.4.9ColdFire系列32位嵌入式处理器 37

2.4.10ARM系列 38

2.5如何选择嵌入式处理器 43

2.5.1选择处理器的原则 44

2.5.2选择嵌入式处理器的具体方法 44

2.6嵌入式处理器子系统的设计方法 45

2.6.1设计原则 45

2.6.2基于微控制器的设计 46

2.6.3基于微处理器的最小系统设计 46

本章小结 52

思考题 52

第3章 嵌入式系统的存储器 53

3.1概述 53

3.2嵌入式系统存储器的结构和组织 53

3.2.1存储器的结构 53

3.2.2嵌入式系统存储器子系统的结构 53

3.3存储器的性能指标 54

3.4存储器的分类 56

3.5随机存储器RAM 57

3.5.1静态RAM 57

3.5.2动态RAM 59

3.5.3双端口RAM简介 62

3.5.4选择RAM 63

3.6只读存储器ROM 64

3.6.1掩模ROM 64

3.6.2PROM 65

3.6.3EPROM 65

3.6.4EEPROM 68

3.6.5Flash存储器 70

3.6.6只读存储器的编程 76

3.7混合类型存储器 78

3.8存储器的测试 79

3.8.1存储器件本身的问题 79

3.8.2电子线路的问题 79

3.8.3接触不良 80

3.8.4芯片的不正确安装 80

3.8.5制定测试算法 80

3.9验证只读存储器的内容 86

3.9.1校验和 86

3.9.2循环冗余码 86

3.10系统配置数据存储器 87

本章小结 88

思考题 88

第4章 裸机系统的软件开发 90

4.1概述 90

4.2嵌入式软件结构和组成 90

4.2.1软件组成 91

4.2.2初始化引导代码 91

4.2.3用户应用程序 92

4.2.4库函数模块 96

4.2.5中断服务程序与子程序 97

4.3监控程序 97

4.4软件模块化与移植 97

4.4.1移植的必要性 97

4.4.2裸机系统的软件移植 98

4.4.3可移植应用软件的设计原则 100

本章小结 103

思考题 103

第5章 嵌入式操作系统内核与软件开发 104

5.1概述 104

5.2操作系统简介 105

5.2.1操作系统定义 105

5.2.2操作系统分类 106

5.2.3操作系统的功能组成 107

5.3嵌入式RTOS的基本概念 109

5.4RTOS基本术语 110

5.5RTOS的关键技术指标 111

5.6利用嵌入式操作系统开发应用 112

5.6.1多任务系统软件模板 119

5.6.2任务控制 122

5.6.3任务之间的通信 123

5.6.4任务之间的同步 126

5.6.5定时器 132

5.6.6存储器管理 134

5.6.7分区存储器管理 138

5.7常用的嵌入式操作系统简介 140

5.7.1Nucleus Plus 140

5.7.2VxWorks 140

5.7.3μC/OSⅡ 142

5.7.4嵌入式Linux 143

5.7.5Windows CE 144

5.7.6Hopen 147

5.8如何选择嵌入式操作系统 148

5.8.1概述 148

5.8.2选择实时操作系统的依据 149

本章小结 153

思考题 154

第6章 嵌入式软件组件 156

6.1概述 156

6.2嵌入式系统模型 156

6.3键盘 157

6.3.1模型 157

6.3.2矩阵键盘扫描算法 158

6.3.3接口函数 158

6.4LED显示器 160

6.4.1模型 160

6.4.2接口函数定义与使用 162

6.4.3内部结构实现 164

6.5LCD显示器 166

6.5.1模型 166

6.5.2接口函数 166

6.5.3模块实现 171

6.6日历时钟 173

6.6.1模型 173

6.6.2接口函数 173

6.6.3模块实现 177

6.7模拟量输入 177

6.7.1模型 177

6.7.2接口函数 178

6.7.3读取模数转换的方法 179

6.7.4模块组件的可移植性考虑 182

6.8模拟量输出 182

6.8.1模型 182

6.8.2接口函数 182

6.8.3模块实现 183

6.9数字量/开关量输入/输出 183

6.9.1模型 183

6.9.2接口函数 184

6.10异步串行通信UART 186

6.10.1模型 186

6.10.2模块实现 187

6.10.3接口函数 190

6.11其他组件模块 194

本章小结 194

思考题 194

第7章 低功耗系统设计 196

7.1概述 196

7.2低功耗的优点 196

7.3降低功耗的措施综述 197

7.3.1功耗产生的原因 197

7.3.2与系统功耗有关的因素 198

7.3.3降低功耗的措施 199

7.4元件工艺的低功耗 201

7.5硬件系统的低功耗设计 202

7.5.1选择低功耗的器件 203

7.5.2选用低功耗电路 204

7.5.3单电源、低电压供电 205

7.5.4分区供电降低功耗 205

7.5.5利用I/O引脚为外围器件供电 205

7.5.6电源管理单元的设计 206

7.5.7采用智能电源 207

7.5.8片选信号的处理 207

7.5.9有效利用I/O器件的待机方式 207

7.5.10降低处理器的时钟频率 208

7.5.11动态改变处理器的时钟 208

7.5.12降低持续工作电流 208

7.6软件系统的低功耗设计 209

7.7关于电池供电系统 211

本章小结 212

思考题 212

第8章 电磁兼容性问题 213

8.1概述 213

8.1.1电磁兼容的基本概念 213

8.1.2电磁兼容的基本术语 213

8.2电磁兼容的基本原理 214

8.2.1常见的电磁兼容性问题 214

8.2.2电磁环境特性 216

8.2.3噪声耦合路径 217

8.2.4PCB走线的天线效应 218

8.2.5系统内部电磁干扰产生的原因 219

8.3基本元件的高频特性和模型 219

8.4提高电磁兼容性的措施 228

8.4.1消除地电位不均匀 228

8.4.2时钟源的电源滤波方法 229

8.4.3集成电路的辐射考虑 230

8.4.4电路的布局与布线 231

8.5旁路和去耦 232

8.5.1概述 232

8.5.2电源层和接地层的分布电容考虑 232

8.5.3并联电容器 232

8.5.4去耦电容参数的计算 233

8.5.5安装 234

8.5.6大电容的使用和选择 235

8.5.7组件内电容的概述 236

8.6信号完整性与串扰 236

8.6.1信号完整性要求 236

8.6.2反射和衰减振荡 237

8.6.3计算电长走线 239

8.6.4串扰 240

8.7PCB走线终端 242

8.7.1传输线效应 242

8.7.2终端匹配方法 242

8.8接地 248

8.8.1概述 248

8.8.2接地模型 248

8.8.3接地方法 248

8.8.4消除接地环路 251

8.8.5消除多点接地系统中的谐振现象 253

8.9考虑电磁兼容性的其他措施 254

8.10控制噪声的经验小结 255

8.10.1控制噪声源 255

8.10.2从传输路径减小噪声的耦合 256

8.10.3在信号接收端减小噪声的接收 256

本章小结 257

思考题 257

第9章 案例分析 258

9.1概述 258

9.2PDA 258

9.2.1PDA概述 258

9.2.2PDA的硬件设计 260

9.2.3PDA的软件设计 269

9.3水表智能抄表系统 270

9.3.1水表智能抄表系统简介 270

9.3.2基于32位机S3C44B0X的抄表手机的设计 271

9.4AT91EB40A评估开发板 273

9.5信息家电 278

9.5.1信息家电概述 278

9.5.2信息家电的主要功能和特点 279

9.5.3信息家电的分类 279

9.5.4信息家电的硬件平台 281

9.5.5信息家电的结构 282

9.5.6嵌入式Linux在信息家电上的优势 282

本章小结 283

思考题 284

参考文献 285