嵌入式系统原理与设计PDF电子书下载

第1章 嵌入式系统简介 1

1.1 嵌入式系统的基本概念 1

1.1.1 现代计算机发展的历史 1

1.1.2 嵌入式系统的定义和特点 2

1.1.3 嵌入式系统的独立发展 2

1.2 嵌入式系统的架构 3

1.3 嵌入式处理器 4

1.3.1 嵌入式处理器分类 5

1.3.2 典型嵌入式处理器介绍 7

1.3.3 嵌入式处理器选型原则 9

1.4 嵌入式操作系统 10

1.4.1 概述 10

1.4.2 典型的嵌入式操作系统 11

1.5 嵌入式系统的开发方法 13

1.6 嵌入式系统的现状和发展趋势 16

思考题 17

第2章 嵌入式系统设计 18

2.1 统一建模语言UML 19

2.1.1 UML概述 19

2.1.2 UML的发展历史 19

2.1.3 UML基本元素 20

2.2 需求 21

2.2.1 需求信息的获取 21

2.2.2 需求定义 22

2.3 规格说明 25

2.4 体系结构设计 28

2.5 设计硬件构件和软件构件 29

思考题 35

第3章 嵌入式系统的硬件设计——电路 36

3.1 嵌入式硬件基础 36

3.1.1 电路原理图阅读与绘制 37

3.1.2 印制电路板的基础知识 37

3.2 电路设计示例：复位电路设计 40

3.2.1 基本复位电路 40

3.2.2 复位电路设计的注意点 43

3.2.3 复位芯片的选择 43

3.2.4 复位电路的调试 44

思考题 45

第4章 嵌入式系统的硬件设计——存储设备 46

4.1 存储设备概述 46

4.1.1 存储器的基本概念 46

4.1.2 存储器的作用 47

4.1.3 存储设备的分类 47

4.1.4 存储器系统层次结构 47

4.1.5 存储器的性能指标 49

4.1.6 存储器的基本构成 49

4.2 常用存储器 52

4.2.1 IC卡 52

4.2.2 CF卡 55

4.2.3 MMC卡 57

4.2.4 SD卡 60

4.2.5 TF卡 63

4.2.6 工业电子盘 63

4.2.7 U盘 63

4.3 存储器件的选择 64

思考题 66

第5章 嵌入式系统的硬件设计——接口及I/O设备 67

5.1 接口 67

5.1.1 概述 67

5.1.2 常用接口 67

5.2 定时器和计数器 80

5.3 A/D和D/A转换器 82

5.3.1 概述 82

5.3.2 A/D和D/A转换原理 82

5.4 键盘 87

5.4.1 概述 88

5.4.2 键盘原理 88

5.5 显示器 90

5.5.1 CRT显示器 90

5.5.2 液晶显示器 90

5.5.3 发光二极管显示器 92

5.5.4 等离子显示器 94

5.5.5 显示器的驱动方式 95

5.5.6 设计实例：大屏幕LED显示屏的设计 96

5.6 触摸屏 99

5.6.1 概述 99

5.6.2 触摸屏分类 99

5.7 I/O性能 102

思考题 103

第6章 嵌入式系统的软件设计——结构与方法 104

6.1 嵌入式系统的软件结构 104

6.1.1 概述 104

6.1.2 板级支持包BSP 109

6.1.3 轮转结构 111

6.1.4 带有中断的轮转结构 113

6.1.5 实时操作系统结构 118

6.1.6 嵌入式软件结构的选择 119

6.2 软件开发工具 120

6.2.1 宿主机与目标机 120

6.2.2 嵌入式系统的定位器 121

6.2.3 调试技术 129

6.3 软件的设计方法 133

6.3.1 无嵌入式操作系统 133

6.3.2 有嵌入式操作系统 134

思考题 135

第7章 嵌入式系统的软件设计——设计范型与编程 136

7.1 嵌入式系统软件的范型 136

7.1.1 范型 136

7.1.2 两种范型 137

7.2 编程模型 138

7.2.1 数据流图 139

7.2.2 控制／数据流图 140

7.3 程序设计语言及基本编译技术 141

7.3.1 语句翻译 143

7.3.2 过程 146

7.3.3 数据结构 146

7.3.4 表达式简化 147

7.3.5 死代码清除 148

7.3.6 过程内嵌 148

7.3.7 循环变换 149

7.3.8 寄存器分配 150

7.3.9 指令选择 153

7.3.10 理解并使用编译程序 154

7.3.11 解释程序与适时编译程序 154

7.4 程序的质量保证和测试 154

思考题 156

第8章 嵌入式系统软件设计——嵌入式操作系统 157

8.1 概述 157

8.1.1 基本概念 157

8.1.2 内核 158

8.1.3 可裁剪性 160

8.2 嵌入式操作系统的服务 161

8.2.1 消息队列、信箱和管道 161

8.2.2 定时器服务 169

8.2.3 事件 174

8.2.4 存储管理 176

8.2.5 中断服务 178

8.3 嵌入式操作系统的开发 182

8.3.1 多进程多线程设计 182

8.3.2 进程间通信 184

8.3.3 进程的功率优化策略 186

8.4 调度器 190

8.4.1 可调度实体 190

8.4.2 多任务 190

8.4.3 上下文切换 190

8.4.4 调度算法 191

8.4.5 μC/OS-Ⅱ任务调度 192

8.4.6 Linux任务调度 193

8.5 性能问题 196

8.6 设计实例：嵌入式Linux中的进程管理 197

8.7 完全公平调度算法 203

8.7.1 概述 203

8.7.2 CFS原理 203

8.8 Linux在嵌入式系统中实时调度算法改进 203

8.8.1 概述 203

8.8.2 Linux实时性改造 205

8.8.3 RT-Linux和RTAI 206

思考题 207

第9章 嵌入式系统软件设计——异常和中断 208

9.1 异常和中断的基本概念 208

9.2 异常的分类和优先级 208

9.2.1 异常的分类 208

9.2.2 异常和中断的优先权 209

9.3 可编程中断控制器 210

9.4 异常和中断的处理 211

9.4.1 异常和中断处理程序的安装 211

9.4.2 保存处理器状态 211

9.4.3 装入和调用异常处理程序 212

9.5 ARM异常中断机制 213

9.5.1 概述 213

9.5.2 ARM的异常中断响应过程 214

9.5.3 ARM异常中断优先级 215

9.5.4 中断控制寄存器 215

9.6 嵌入式操作系统对中断的支持 224

9.6.1 嵌入式Linux对异常和中断的处理 224

9.6.2 μC/OS-Ⅱ异常和中断的处理 228

9.6.3 WinCE异常和中断的处理 230

9.7 中断编程实例 231

9.7.1 中断编程模式 231

9.7.2 中断编程过程 232

思考题 236

第10章 定时器和定时器服务 237

10.1 实时时钟和系统时钟 237

10.2 可编程间隔定时器 237

10.3 定时器中断服务例程 239

10.4 软定时器操作和相关问题处理 240

10.5 设计实例：S3C2410的可编程间隔定时器应用 241

10.5.1 实时时钟部件 241

10.5.2 Timer部件 249

10.5.3 看门狗定时器 257

思考题 259

第11章 嵌入式实时系统的内存管理 260

11.1 概述 260

11.1.1 嵌入式实时系统内存管理的特点 260

11.1.2 嵌入式实时系统对内存管理的要求 260

11.1.3 内存分配方案 261

11.1.4 实时系统的内存模式 261

11.1.5 内存碎片 262

11.2 常用内存分配算法 264

11.2.1 最先匹配算法 264

11.2.2 伙伴算法 264

11.3 典型嵌入式实时操作系统中内存管理 265

11.3.1 μC/OS-II的内存管理 265

11.3.2 VxWorks的内存管理 266

11.3.3 WinCE的内存管理 267

思考题 268

第12章 嵌入式软件设计中的几个问题 269

12.1 同步与通信 269

12.1.1 资源同步 269

12.1.2 评估关键段 270

12.1.3 解决方案 271

12.1.4 应用实例：Linux信号量接口的应用 275

12.2 死锁及其处理 279

12.2.1 死锁检测 280

12.2.2 死锁恢复 283

12.2.3 死锁避免和死锁预防 284

12.2.4 应用实例：银行家算法 285

12.3 优先级倒置 295

12.3.1 资源共享引发的问题 296

12.3.2 优先级倒置技术 296

12.3.3 两种优先级倒置方案 296

12.4 堆栈溢出 297

思考题 299

参考文献 300