嵌入式系统组成与设计PDF电子书下载

第1章　嵌入式系统概述 1

1.1　嵌入式系统的定义 1

1.1.1　从不同的角度定义 1

1.1.2　从不同的组织结构定义 2

1.2　嵌入式系统的发展历史 2

1.2.1　嵌入式系统的分类 2

1.2.2　32位嵌入控制系统 3

1.3　嵌入式系统的特点 3

1.3.1　特点 3

1.3.2　嵌入式处理器的共性 4

1.4　嵌入式系统的组成 4

1.4.1　嵌入式系统的结构及应用 4

1.4.2　嵌入式外围设备 6

1.4.3　嵌入式软件子系统的结构 6

1.5　嵌入式系统的应用 6

1.5.1　嵌入式技术在个人电子通信中的应用 7

1.5.2　嵌入式系统在信息家电中的应用 7

1.5.3　嵌入式技术在交通管理和环境监测中的应用 8

1.5.4　嵌入式技术在工业方面的应用 8

1.5.5　高性能武器平台的基础 8

1.5.6　嵌入式技术在汽车领域中的应用 8

1.5.7　计算机系统中的基本硬件设备 8

1..5.8　人工智能设备 8

1..5.9　家庭智能管理系统 8

1.5.10　精确农业 8

1.5.11　机器人技术 8

1.6　嵌入式系统的发展方向 8

1.6.1　硬件 8

1.6.2　软件 8

1.6.3　嵌入式系统在各行业的发展应用 9

1.7　小结 10

第2章　嵌入式系统开发过程 12

2.1　嵌入式系统设计 12

2.2　需求分析 13

2.2.1　分析用户的需求 13

2.2.2　确定硬件和软件 14

2.2.3　检查需求分析的结果 14

2.2.4　确定项目的约束条件 14

2.2.5　概要设计 15

2.3 系统设计 15

2.3.1　概要设计内容 15

2.3.2　详细设计阶段 15

2.3.3　硬件平台简介 16

2.4　科研开发 16

2.4.1　选择硬件平台处理机的考虑 16

2.4.2　选择操作系统 17

2.4.3　编程语言的选择 17

2.4.4　关于评估板 17

2.4.5　关于板级支持包 17

2.4.6　软件开发 17

2.4.7　文档 17

2.5 系统测试 18

2.5.1　测试的原因 18

2.5.2　测试的时间 18

2.5.3　测试的内容 18

2.5.4　何时停止测试 19

2.5.5　选择测试用例 19

2.5.6　实时失败模式 19

2.5.7　评估测试的覆盖率 19

2.5.8　性能测试 19

2.5.9　维护和测试 19

2.6　嵌入式系统的开发调试方法 20

2.6.1　Monitor方式 20

2.6.2　远程调试器与调试内核调试模式 20

2.6.3　ROM仿真器 21

2.6.4　BDM调试器（片上调试） 21

2.6.5　JTAG仿真器 21

2.6.6　软件仿真器 22

2.6.7　主机的调试 22

2.7　小结 22

第3章　嵌入式硬件子系统 23

3.1　微处理器的发展 23

3.1.1　嵌入式处理器的分类 23

3.1.2　ARM系列嵌入式处理器体系结构 24

3.1.3　ARM内核分类 25

3.1.4　ARM处理器的工作模式 27

3.1.5　ARM寄存器介绍 27

3.1.6　ARM体系结构中的存储系统 30

3.2　ARM存储系统 30

3.2.1　ARM存储系统概述 30

3.2.2　存储管理单元MMU 31

3.2.3　存储系统设计 32

3.3 ARM的指令系统 33

3.3.1 ARM微处理器指令的分类与格式 33

3.3.2　指令的条件域 34

3.3.3　ARM指令的寻址方式 35

3.3.4　Thumb指令及应用 37

3.4 基于ARM的嵌入式系统的IO模块介绍 37

3.4.1 电源电路设计 37

3.4.2　Reset电路设计 38

3.4.3　时钟电路设计 39

3.4.4　串行接口电路 39

3.4.5 以太网接口电路 41

3.4.6　USB接口电路 43

3.4.7　LCD接口电路 44

3.4.8　触摸屏 48

3.4.9　键盘 49

3.5　嵌入式可编程逻辑器件设计介绍 50

3.5.1　可编程逻辑器件 50

3.5.2　硬件描述语言 57

3.5.3　Altera可编程逻辑器件开发软件 60

3.5.4　可编程逻辑器件的设计 62

3.6　小结 66

第4章 嵌入式软件系统设计 67

4.1　嵌入式系统软件概况 67

4.1.1　嵌入式系统软件的发展 67

4.1.2　嵌入式系统软件的组成 67

4.1.3　各部分功能 68

4.1.4　嵌入式操作系统 70

4.1.5　网络协议栈 70

4.1.6　应用软件 70

4.1.7　GUI 71

4.1.8　嵌入式操作系统运行的必要条件 71

4.2　嵌入式系统软件开发过程 71

4.2.1　软件开发流程 71

4.2.2　基于ARMADS开发平台的软件开发流程 71

4.3　嵌入式软件系统的设计方法 72

4.3.1　无操作系统的嵌入式软件设计 72

4.3.2　基于嵌入式操作系统的软件设计 75

4.4　软件的移植 76

4.4.1　移植的必要性 76

4.4.2　嵌入式软件的移植 76

4.5　嵌入式系统传统编程模式 79

4.5.1 面向寄存器的编程模式特点 80

4.5.2　面向API的编程模式特点 80

4.5.3　面向端口的编程模式特点 80

4.5.4　传统网络设备开发模式分析 80

4.5.5　AnyWhere——面向设备的编程 81

4.6　软件组件化设计 82

4.7　小结 83

第5章 嵌入式RTOS 84

5.1　概述 84

5.2　操作系统结构 84

5.3 嵌入式RTOS 85

5.3.1　RTOS基本概念 85

5.3.2　实时操作系统的发展过程 86

5.3.3　实时操作系统的主要研究方向 86

5.3.4　RTOS的基本结构 87

5.4 实时操作系统RTOS的功能 87

5.4.1　任务管理 87

5.4.2　任务间同步和通信 87

5.4.3　内存管理 88

5.4.4　实时时钟服务 88

5.4.5　中断管理服务 88

5.4.6　优先级倒置发生的条件和解决途径 88

5.4.7　文件管理 89

5.4.8　设备管理 89

5.4.9　提供良好的人机接口 89

5.5　实时操作系统的几个重要评价指标及工作特性 89

5.5.1　评价指标 89

5.5.2　实时操作系统工作特性 91

5.6　RTOS基本术语 91

5.6.1　硬实时 91

5.6.2　优先级驱动 91

5.6.3　优先级反转 91

5.6.4　优先级继承 91

5.6.5　实时执行体／内核 91

5.6.6　任务 92

5.6.7　任务上下文 92

5.6.8　调度延迟 92

5.6.9　可伸缩的体系结构 92

5.6.10　中断延迟 92

5.6.11　互斥 92

5.6.12　抢占 92

5.7 系统对RTOS要求 92

5.8 基于RTOS的应用系统开发 92

5.8.1　初始化与板级支持包 93

5.8.2　任务控制 94

5.8.3　任务之间的通信 95

5.8.4　任务之间的同步 98

5.9 如何选择嵌入式RTOS 100

5.10 实时操作系统的标准化——μITRON 101

5.11 实时系统需求分析、设计方法综述以及实时程序设计 103

5.11.1　实时系统设计的一些基本问题 103

5.11.2　实时系统设计的一些基本概念 104

5.11.3　实时系统分析和设计常用的方法 105

5.11.4　实时系统的并发 107

5.11.5　面向对象的并发模型概述 109

5.11.6　面向对象的实时系统设计方法——OCTOPUS概述 110

5.11.7　实时程序设计的一些准则 112

5.12　小结 114

第6章　嵌入式Linux的软件设计 115

6.1　Linux介绍与安装 115

6.1.1　什么是Linux操作系统 115

6.1.2　Linux操作系统安装 115

6.1.3　μCOSII操作系统介绍 124

6.2　ADS开发环境介绍 124

6.2.1　ADS安装 124

6.2.2　烧写电缆与仿真软件安装 125

6.2.3　ADS1.2下建立工程 127

6.2.4　ADS1.2下仿真、调试 130

6.2.5　在ADS环境下移植μCOSII操作系统 131

6.2.6　基于μCOSII的串口驱动编写实验 138

6.3 BootLoa1er程序说明 139

6.3.1　vivi程序架构 139

6.3.2　vivi程序流程 139

6.3.3　vivi命令使用说明 140

6.3.4　vivi的烧写 142

6.4　嵌入式Linux的移植 142

6.4.1　Linux内核目录结构说明 142

6.4.2　内核配置介绍 143

6.4.3　交叉编译环境安装 147

6.4.4　NFS配置 148

6.4.5　Linux下超级终端minicom配置 149

6.4.6　利用vivi通过超级终端下载vivi 149

6.4.7　制作cramfs文件系统 151

6.4.8　Linux内核编译与下载 151

6.4.9　编译下载内核 153

6.4.10　实验说明 154

6.5　嵌入式Linux下的设备驱动程序设计与开发 155

6.5.1　Linux系统设备驱动程序概述 155

6.5.2　设备驱动程序的file_operations结构 156

6.5.3　设备驱动程序编写的具体内容 158

6.5.4　将设备驱动加载到Linux内核中 159

6.5.5　将设备驱动编译成驱动模块 159

6.6　驱动程序编写实例 159

6.6.1　Linux的键盘驱动程序的编写 159

6.6.2　Linux的LCD驱动程序的编写 170

6.7　Linux应用程序的开发 181

6.7.1　键盘应用程序 181

6.7.2　Linux基本绘图应用程序的编写 181

6.8　Linux系统网络设备驱动程序 184

6.8.1 网络驱动程序中用到的数据结构 186

6.8.2　常用的系统支持 188

6.8.3　编写Linux网络驱动程序中需要注意的问题 190

6.9　嵌入式Linux下进程间通信 191

6.9.1　进程的基本概念和系统的基本数据结构 191

6.9.2　管道 192

6.9.3　信号 197

6.9.4　共享内存 205

6.9.5　消息队列 210

6.9.6　综合应用实例 214

6.9.7　多线程编程 222

6.10　嵌入式Linux网络编程 231

6.10.1　socket概述 231

6.10.2　嵌入式Linux网络高级编程 235

6.11 小结 242

参考文献 243