嵌入式系统设计PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 嵌入式系统综述 1

1.2 设计上的挑战——设计指标的最佳化 4

1.2.1 常用设计指标 4

1.2.2 上市时间 5

1.2.3 NRE与单位成本 6

1.2.4 性能 7

1.3 处理器技术 8

1.3.1 通用处理器——软件 9

1.3.2 单用途处理器——硬件 9

1.3.3 专用处理器 10

1.4 IC技术 11

1.4.1 全定制/VLSI 12

1.4.2 半定制ASIC（逻辑门阵列和标准单元） 12

1.4.3 PLD 13

1.4.4 发展趋势 13

1.5 设计技术 14

1.5.1 编译/综合 15

1.5.2 库/IP 16

1.5.3 测试/验证 16

1.5.4 其他提高效率的方法 17

1.5.5 发展趋势 17

1.6 设计方法的取舍 18

1.7 小结与本书概要 22

1.8 参考文献 22

1.9 习题 23

第2章 定制单用途处理器——硬件 25

2.1 引言 25

2.2 组合逻辑 26

2.2.1 晶体管与逻辑门 26

2.2.2 基本组合逻辑设计 27

2.2.3 RTL组合元件 28

2.3 时序逻辑 30

2.3.1 触发器 30

2.3.2 RTL时序元件 31

2.3.3 时序逻辑设计 32

2.4 定制单用途处理器的设计 34

2.5 RTL定制单用途处理器设计 39

2.6 定制单用途处理器的最佳化 42

2.6.1 原始程序的最佳化 42

2.6.2 FSMD的最佳化 43

2.6.3 数据路径的最佳化 45

2.6.4 FSM的最佳化 45

2.7 小结 46

2.8 参考文献 46

2.9 习题 46

第3章 通用处理器——软件 49

3.1 引言 49

3.2 基本结构 50

3.2.1 数据路径 50

3.2.2 控制单元 51

3.2.3 存储器 52

3.3 运算 53

3.3.1 指令执行 53

3.3.2 流水线技术 53

3.3.3 超标量和超长指令字结构 54

3.4 程序员的观点 55

3.4.1 指令集 55

3.4.2 程序和数据存储器空间 58

3.4.3 寄存器 58

3.4.4 输入/输出 58

3.4.5 中断 59

3.4.6 实例：设备驱动程序的汇编语言编程 59

3.4.7 操作系统 61

3.5 开发环境 62

3.5.1 设计流程和工具 62

3.5.2 实例：一个简单处理器的指令集仿真程序 64

3.5.3 测试和调试 64

3.6 专用指令集处理器 66

3.6.1 单片机 67

3.6.2 数字信号处理器 67

3.6.3 较不通用的ASIP环境 68

3.7 微处理器的选择 68

3.8 通用处理器设计 69

3.9 小结 72

3.10 参考文献 73

3.11 习题 73

第4章 标准单用途处理器——外部设备 74

4.1 引言 74

4.2 定时器、计数器与看门狗定时器 75

4.2.2 实例：反应定时器 77

4.2.3 看门狗定时器 78

4.2.4 实例：利用看门狗定时器实现自动提款机的计时超时功能 79

4.3 UART 80

4.4 脉宽调制器 82

4.4.1 概述 82

4.4.2 实例：利用PWM控制直流电机 84

4.5 LCD控制器 85

4.5.1 概述 85

4.5.2 实例：LCD初始化 86

4.6 键盘控制器 87

4.7 步进电机控制器 88

4.7.1 概述 88

4.7.2 实例：步进电机驱动器的使用 89

4.7.3 实例：直接控制步进电机 90

4.8 模数转换器 91

4.9 实时时钟 95

4.10 小结 95

4.11 参考文献 95

4.12 习题 96

第5章 存储器 98

5.1 引言 98

5.2 存储器写入能力和存储的永久性 99

5.2.1 写入能力 99

5.2.2 存储的永久性 100

5.2.3 选择 100

5.3 常见存储器类型 101

5.3.1 只读存储器简介 101

5.3.2 掩膜编程程序ROM 103

5.3.3 OPT ROM——一次可编程ROM 103

5.3.4 EPROM——可擦除的可编程ROM 104

5.3.5 EEPROM——电擦除的可编程ROM 104

5.3.6 快闪存储器 106

5.3.7 随机存取存储器简介 106

5.3.8 SRAM——静态RAM 108

5.3.9 DRAM——动态RAM 108

5.3.10 PSRAM——准静态RAM 108

5.3.11 NVRAM——非易失性RAM 109

5.3.12 实例：HM6264和27C256 RAM/ROM器件 109

5.3.13 实例：TC55V2325FF-100存储器件 109

5.4 存储器的组合 111

5.5 存储器分级和高速缓冲存储器 113

5.5.1 高速缓冲存储器映射技术 114

5.5.2 高速缓冲存储器置换策略 116

5.5.3 高速缓冲存储器写入技术 117

5.5.4 高速缓冲存储器对系统性能的影响 117

5.6 高级RAM 119

5.6.1 基本DRAM 119

5.6.2 快速页模式DRAM(FPM DRAM) 120

5.6.3 扩展数据输出DRAM(EDO DRAM) 120

5.6.4 同步（S）和增强型同步（ES）DRAM 121

5.6.5 Rambus DRAM(RDRAM) 122

5.6.6 DRAM集成问题 122

5.6.7 存储器管理单元（MMU） 122

5.7 小结 123

5.8 参考文献 123

5.9 习题 123

第6章 接口 125

6.1 引言 125

6.2 通信基础 126

6.2.1 基本术语 126

6.2.2 基本协议概念 128

6.2.3 实例：ISA总线协议——存储器存取 131

6.3 微处理器接口：I/O寻址 132

6.3.1 基于端口的I/O和基于总线的I/O 132

6.3.2 存储器映射I/O和标准I/O 133

6.3.3 实例：ISA总线协议——标准I/O 134

6.3.4 实例：一个基本的存储器协议 135

6.3.5 实例：复杂的存储器协议 136

6.4 微处理器接口技术：中断 136

6.5 微处理器接口技术：直接存储器存取（DMA） 141

6.6 仲裁 146

6.6.1 优先权仲裁器 147

6.6.2 菊花链仲裁 148

6.6.3 面向网络的仲裁方法 149

6.6.4 实例：使用中断表的向量中断 150

6.7 多级总线结构 152

6.8 高级通信原理 153

6.8.1 并行通信 153

6.8.2 串行通信 154

6.8.3 无线通信 154

6.8.4 分层 155

6.8.5 检错和纠错 155

6.9 串行协议 156

6.9.1 I2C 156

6.9.2 CAN 158

6.9.3 Firewire 159

6.9.4 USB 159

6.10 并行协议 160

6.10.1 PCI总线 160

6.10.2 ARM总线 160

6.11 无线协议 160

6.11.1 IrDA 161

6.11.2 蓝牙 161

6.11.3 IEEE 802.11 161

6.12 小结 162

6.13 参考文献 163

6.14 习题 163

第7章 数码相机实例 165

7.1 引言 165

7.2 简单数码相机的简介 165

7.2.1 用户的观点 166

7.2.2 设计者的观点 166

7.3 需求规范 171

7.3.1 非功能要求 172

7.3.2 非正式的功能规范 172

7.3.3 精确的功能规范 173

7.4 设计 180

7.4.1 实现一：只使用控制器 180

7.4.2 实现二：单片机和CCDPP 180

7.4.3 实现三：单片机和CCDPP/定点DCT 185

7.4.4 实现四：单片机和CCDPP/DCT 188

7.5 小结 189

7.6 参考文献 190

7.7 习题 190

第8章 状态机与并发进程模型 191

8.1 引言 191

8.2 模型与语言、文字与图形 192

8.2.1 模型与语言 193

8.2.2 文字语言与图形语言 193

8.3 一个简单的实例 194

8.4 一个基本的状态模型：有限状态机 195

8.5 具有数据路径的有限状态机模型：FSMD 196

8.6 状态机的使用 197

8.6.1 将系统描述为状态机 197

8.6.2 状态机与时序程序模型的比较 198

8.6.3 用时序程序语言表达状态机 198

8.7 HCFSM和状态图表语言 200

8.8 程序状态机模型（PSM） 203

8.9 适当模型和语言的角色 205

8.10 并发进程模型 206

8.11 并发进程 208

8.11.1 进程的创建和终止 209

8.11.2 进程的暂停和恢复 210

8.11.3 进程的连接 210

8.12 进程通信 210

8.12.1 共享存储器 210

8.12.2 消息传送 214

8.13 进程同步 215

8.13.1 条件变量 215

8.13.2 监视程序 217

8.14 实现 219

8.14.1 进程的创建和终止 219

8.14.2 进程的暂停和恢复 221

8.14.3 进程的连接 221

8.14.4 进程的调度 221

8.15 数据流模型 223

8.16 实时系统 224

8.16.1 Windows CE 225

8.16.2 QNX 225

8.17 小结 225

8.18 参考文献 226

8.19 习题 226

第9章 控制系统 227

9.1 引言 227

9.2 开环和闭环控制系统 228

9.2.1 概述 228

9.2.2 实例一：开环汽车定速控制器 229

9.2.3 实例二：闭环汽车定速控制器 233

9.3 一般控制系统和PID控制器 237

9.3.1 控制目标 237

9.3.2 实际物理系统建模 238

9.3.3 控制器设计 238

9.4 PID控制器的软件编程 241

9.5 PID调整 243

9.6 与基于计算机的控制有关的实际问题 243

9.6.1 量化和溢出效应 243

9.6.2 混叠 244

9.6.3 计算延迟 245

9.7 基于计算机的控制实现的优点 246

9.7.1 可重复性、可复制性和稳定性 246

9.7.2 可编程性 246

9.8 小结 246

9.9 参考文献 247

9.10 习题 247

第10章 IC技术 248

10.1 引言 248

10.2 全定制（VLSI）IC技术 253

10.3 半定制（ASIC）IC技术 254

10.3.1 门阵列半定制IC技术 254

10.3.2 标准单元半定制IC技术 255

10.4 可编程逻辑器件（PLD）IC技术 256

10.5 小结 258

10.6 参考文献 258

10.7 习题 258

第11章 设计技术 259

11.1 引言 259

11.2 自动化：综合 260

11.2.1 向上发展：编译和综合的并行发展 260

11.2.2 综合的级别 262

11.2.3 逻辑综合 264

11.2.4 寄存器传输综合 270

11.2.5 行为综合 270

11.2.6 系统综合和硬件-软件协同设计 271

11.2.7 时间和空间思考 272

11.3 验证：硬件-软件协同仿真 272

11.3.1 形式验证和仿真 272

11.3.2 仿真速度 274

11.3.3 硬件-软件协同仿真 275

11.3.4 仿真器 276

11.4 再利用：知识产权核 277

11.4.1 硬核、软核和固核 277

11.4.2 核对处理器供应商带来的新挑战 278

11.4.3 核对处理器用户带来的新挑战 279

11.5 设计流程模型 279

11.6 小结 281

11.7 全书结束语 282

11.8 参考文献 282

11.9 习题 283

附录A 相关资源 285

A.1 引言 285

A.2 嵌入式系统设计网页摘要 285

A.3 实验资源 286

A.4 关于本书封面 289

附录B 有关术语的中英文对照表 292