嵌入式系统 组成、原理与设计编程PDF电子书下载

第一篇 引论 1

第1章 嵌入式系统概述 1

1.1 嵌入式系统的发展与应用 1

1.1.1 计算机系统的分类 1

1.1.2 嵌入式系统的应用概况 2

1.1.3 嵌入式系统的发展史 6

1.2 嵌入式系统的定义、组成与特点 7

1.2.1 嵌入式系统的定义 7

1.2.2 嵌入式系统的组成与体系结构 8

1.2.3 嵌入式系统的基本特征 10

1.3 嵌入式系统的种类 11

1.3.1 按实时性能分类 11

1.3.2 按软件结构分类 12

1.4 嵌入式系统应用带来的机遇 15

1.5 本章小结 16

习题 16

第二篇 嵌入式硬件系统 17

第2章 嵌入式处理器 17

2.1 嵌入式处理器的基本特征 17

2.2 嵌入式处理器的种类 17

2.2.1 嵌入式微处理器 18

2.2.2 嵌入式微控制器 18

2.2.3 嵌入式DSP处理器 19

2.2.4 嵌入式片上系统 19

2.3 典型嵌入式处理器 20

2.3.1 8051单片机 20

2.3.2 ARM 20

2.3.3 68K/Coldfire 22

2.3.4 PowerPC 22

2.3.5 MIPS 22

2.3.6 X86 22

2.4 嵌入式处理器的选型方法 22

2.5 嵌入式处理器的发展趋势 23

2.6 本章小结 23

习题 23

第3章 ARM内核与ARM微处理器 24

3.1 ARM简介 24

3.2 ARM内核体系结构 25

3.2.1 RISC架构 25

3.2.2 AMBA总线 25

3.2.3 运行模式 26

3.2.4 双指令集与工作状态 27

3.2.5 寄存器组 28

3.2.6 异常与中断处理 33

3.2.7 存储管理 37

3.2.8 存储数据类型 37

3.2.9 存储格式 38

3.2.10 存储器映射的I/O 38

3.2.11 JTAG调试接口 39

3.3 ARM内核系列及配置命名 39

3.3.1 ARM内核命名规则 39

3.3.2 ARM内核系列 40

3.4 ARM微处理器及其选型 43

3.4.1 ARM微处理器芯片 43

3.4.2 ARM处理器的选型 44

3.5 ARM开发与调试 45

3.5.1 ADS集成开发环境 45

3.5.2 ARM工程创建 50

3.5.3 ARM调试 53

3.6 本章小结 56

习题 56

第4章 嵌入式系统的外围设备 57

4.1 实时时钟 57

4.2 存储设备 58

4.2.1 RAM 58

4.2.2 SRAM 58

4.2.3 DRAM 59

4.2.4 ROM 59

4.2.5 Mask ROM 60

4.2.6 OTPROM 61

4.2.7 EPROM 61

4.2.8 EEPROM 62

4.2.9 NOR＆NAND Flash 63

4.3 输入设备 64

4.3.1 小型键盘 64

4.3.2 触摸屏 65

4.4 输出设备 67

4.4.1 LED 67

4.4.2 LCD 69

4.5 外设接口 70

4.5.1 并行接口 70

4.5.2 I2C 70

4.5.3 I2S 71

4.5.4 USB 72

4.5.5 IEEE1394 73

4.6 通信接口 74

4.6.1 RS-232 74

4.6.2 以太网 75

4.6.3 红外线 76

4.6.4 蓝牙 76

4.6.5 IEEE802.11 77

4.6.6 GPRS 78

4.7 本章小结 78

习题 78

第三篇 嵌入式操作系统 80

第5章 嵌入式操作系统概论 80

5.1 嵌入式操作系统的种类 80

5.2 嵌入式实时操作系统 82

5.2.1 VxWorks 83

5.2.2 pSOSystem 85

5.2.3 μC/OS 87

5.3 嵌入式软实时操作系统 89

5.3.1 PalmOS 89

5.3.2 Windows CE 91

5.3.3 EPOC 93

5.3.4 Embedded Linux 95

5.4 嵌入式操作系统的选择标准 97

5.5 嵌入式操作系统的发展趋势 98

5.6 本章小结 99

习题 99

第6章 VxWorks与Tornado概貌 100

6.1 VxWorks的产品概况 100

6.1.1 Wind River公司简介 100

6.1.2 VxWorks的产品组成 100

6.1.3 Wind River Platform 101

6.1.4 VxWorks的特点 105

6.2 VxWorks的交叉开发环境构成 105

6.3 VxWorks的操作系统 106

6.3.1 VxWorks操作系统体系结构 106

6.3.2 VxWorks的内核 107

6.3.3 VxWorks的外挂基本模块组件 107

6.3.4 VxWorks的外挂附加模块组件 108

6.4 VxWorks的交叉开发工具Tornado 109

6.4.1 Tornado的基本结构 109

6.4.2 Tornado的功能特点 109

6.4.3 Tornado的工具集 109

6.5 目标机上的VxWorks Image 111

6.5.1 VxWorks Image的种类与结构 111

6.5.2 VxWorks Image在内存中的存放与加载 113

6.5.3 VxWorks Image的运行 115

6.6 一个简单的工程项目实例 115

6.6.1 创建工程项目 115

6.6.2 在工程项目中创建应用程序 117

6.6.3 将项目编译链接生成程序映像 118

6.6.4 将程序映像下载到目标机中 120

6.6.5 程序的运行调试 122

6.7 本章小结 127

习题 127

第7章 VxWorks操作系统的多任务环境 128

7.1 任务的管理与调度 128

7.1.1 多任务的概念 128

7.1.2 任务的创建与删除 130

7.1.3 任务的状态转换与控制 133

7.1.4 任务调度策略 135

7.1.5 任务信息的获取与设置 138

7.1.6 任务扩展函数 138

7.1.7 任务的错误状态 139

7.1.8 任务异常处理 141

7.1.9 VxWorks的系统任务 141

7.1.10 编写VxWorks的用户任务 143

7.2 任务间的通信机制 146

7.2.1 共享数据结构（Shared Data Structures） 146

7.2.2 互斥实现机制 147

7.2.3 信号量（Semaphores） 148

7.2.4 消息队列（Message Queues） 163

7.2.5 管道（Pipes） 167

7.2.6 事件（Events） 170

7.2.7 信号（Signals） 176

7.2.8 套接字（SoCkets）与远程过程调用（RPC） 181

7.2.9 通信机制小结 182

7.3 中断服务程序 182

7.3.1 中断的概念 182

7.3.2 中断服务接口函数 183

7.3.3 中断服务程序的连接原理 183

7.3.4 中断与任务的优先级比较 184

7.3.5 中断与任务间的通信机制 184

7.3.6 编写调试中断服务程序 184

7.4 时钟管理 187

7.4.1 系统时钟 187

7.4.2 看门狗定时器（Watchdog Timers） 188

7.5 综合应用示例 191

7.5.1 示例源代码 191

7.5.2 示例分析 196

7.6 本章小结 197

习题 197

第8章 Tornado交叉开发环境 198

8.1 Tornado交叉开发基本流程 198

8.1.1 交叉开发环境的建立 198

8.1.2 工程创建 200

8.1.3 编译链接 202

8.1.4 目标程序加载 202

8.1.5 运行调试 203

8.2 基于目标板的Bootable Project实例 204

8.2.1 交叉开发环境的建立 205

8.2.2 创建Bootable Proiect 206

8.2.3 编辑链接生成Bootable Image 210

8.2.4 将Bootable Image加载至硬件目标板中 210

8.2.5 应用程序的运行调试 212

8.3 基于目标板的Downloadable Project实例 213

8.3.1 交叉开发环境的建立 213

8.3.2 创建Downloadable Proiect 214

8.3.3 编辑链接生成Downloadable Image 216

8.3.4 将Downloadable Image加载至硬件目标板中 216

8.3.5 应用程序的运行调试 217

8.4 多任务调试方法 217

8.4.1 Tornado调试模式与断点类型 217

8.4.2 任务调试模式下的多任务调试 217

8.4.3 系统调试模式下的多任务调试 221

8.4.4 中断服务程序的调试 222

8.5 本章小结 222

习题 222

第四篇 嵌入式系统的设计与编程 223

第9章 嵌入式系统的设计、开发与测试 223

9.1 嵌入式系统的设计 223

9.1.1 硬件优先设计 223

9.1.2 软硬件协同设计 223

9.2 嵌入式系统的开发与运行 224

9.2.1 软硬件并行开发模式 224

9.2.2 嵌入式软件的开发与运行流程 224

9.3 嵌入式系统的调试 230

9.3.1 调试的内容 230

9.3.2 调试的手段与工具 231

9.4 嵌入式系统的测试 232

9.4.1 嵌入式系统测试的重要性 232

9.4.2 传统的测试工具 232

9.4.3 CodeTEST嵌入式软件测试系统 234

9.5 本章小结 237

习题 237

第10章 嵌入式软件的编程与优化 238

10.1 一般编程技术 238

10.1.1 寄存器的位操作 238

10.1.2 使用存储类限定符volatile 239

10.1.3 大端与小端模式 240

10.1.4 访问外设 240

10.1.5 C与汇编语言混合编程 242

10.2 多任务编程技术 246

10.2.1 任务划分原则 246

10.2.2 任务间通信机制的选择 249

10.2.3 任务的细节设计 250

10.2.4 多任务软件系统设计实例 251

10.3 嵌入式Java技术 254

10.3.1 Java技术与嵌入式系统 254

10.3.2 J2ME 255

10.3.3 硬件加速Java 255

10.4 软件优化方法 256

10.4.1 高效的结构体组织 256

10.4.2 使用密指令集 260

10.4.3 代码压缩 260

10.4.4 使用寄存器变量 260

10.4.5 关于浮点运算与乘除法运算 260

10.4.6 避免使用printf（）函数 261

10.4.7 多重循环的效率与流水线技术 261

10.4.8 预编译宏指令替代函数 263

10.4.9 能耗优化 263

10.5 本章小结 264

习题 264

第五篇 实验 265

第11章 实验项目 265

11.1 实验目标与要求 265

11.2 实验1——Tornado IDE与VxSim目标仿真环境 266

11.2.1 实验目的 266

11.2.2 实验内容 266

11.2.3 实验软硬件环境 266

11.2.4 实验预备知识 266

11.2.5 实验项目与步骤 266

11.2.6 思考题 277

11.3 实验2——VxWorks组件的裁剪与配置 278

11.3.1 实验目的 278

11.3.2 实验内容 278

11.3.3 实验软硬件环境 278

11.3.4 实验预备知识 278

11.3.5 实验原理 278

11.3.6 实验项目与步骤 278

11.3.7 思考题 281

11.4 实验3——多任务的创建与调度 281

11.4.1 实验目的 281

11.4.2 实验内容 281

11.4.3 实验软硬件环境 281

11.4.4 实验预备知识 281

11.4.5 实验原理 281

11.4.6 实验项目与步骤 282

11.4.7 思考题 285

11.5 实验4——二进制信号量与计数信号量 285

11.5.1 实验目的 285

11.5.2 实验内容 285

11.5.3 实验软硬件环境 285

11.5.4 实验预备知识 285

11.5.5 实验原理 286

11.5.6 实验项目与步骤 286

11.5.7 思考题 292

11.6 实验5——互斥信号量及优先级倒置 292

11.6.1 实验目的 292

11.6.2 实验内容 292

11.6.3 实验软硬件环境 292

11.6.4 实验预备知识 292

11.6.5 实验原理 292

11.6.6 实验项目与步骤 293

11.6.7 思考题 295

11.7 实验6——消息队列通信机制 295

11.7.1 实验目的 295

11.7.2 实验内容 295

11.7.3 实验软硬件环境 295

11.7.4 实验预备知识 295

11.7.5 实验原理 296

11.7.6 实验步骤 296

11.7.7 思考题 297

11.8 实验7——管道通信机制 298

11.8.1 实验目的 298

11.8.2 实验内容 298

11.8.3 实验软硬件环境 298

11.8.4 实验预备知识 298

11.8.5 实验原理 298

11.8.6 实验项目与步骤 299

11.8.7 思考题 301

11.9 实验8——事件通信机制 301

11.9.1 实验目的 301

11.9.2 实验内容 301

11.9.3 实验软硬件环境 301

11.9.4 实验预备知识 301

11.9.5 实验原理 301

11.9.6 实验项目与步骤 303

11.9.7 思考题 306

11.10 实验9——多任务的调试方法 306

11.10.1 实验目的 306

11.10.2 实验内容 306

11.10.3 实验软硬件环境 307

11.10.4 实验预备知识 307

11.10.5 实验原理 307

11.10.6 实验项目与步骤 307

11.10.7 思考题 312

参考文献 313