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第一部分 嵌入式系统基础 2

第1章 嵌入式系统概述 2

1.1 嵌入式系统的发展 2

1.1.1 单片机时代（20世纪70～80年代） 2

1.1.2 专用处理器时代（20世纪90年代～21世纪） 3

1.1.3 ARM时代（21世纪至今） 4

1.2 嵌入式系统的构成 4

1.2.1 嵌入式系统的层次模型 4

1.2.2 嵌入式系统的处理器 6

1.2.3 嵌入式系统的操作系统 7

1.3 嵌入式系统和通用计算机系统的简单比较 10

1.4 嵌入式系统的开发流程 11

1.4.1 硬件系统设计 11

1.4.2 操作系统移植 11

1.4.3 应用软件设计 11

1.5 嵌入式系统的应用 12

第2章 嵌入式系统的硬件 13

2.1 嵌入式系统的ARM处理器 13

2.1.1 ARM处理器的发展历程 13

2.1.2 ARM处理器的架构、类型和型号及一些专用术语 15

2.1.3 ARM处理器的分类 18

2.2 嵌入式系统的存储器件 25

2.2.1 SDRAM 25

2.2.2 FLASH 28

2.2.3 E2PROM 33

2.2.4 大容量存储系统 34

2.3 嵌入式系统的外围器件 34

2.4 S3C2440处理器和GT2440嵌入式开发板 34

2.4.1 S3C2440处理器的特点和内部资源 34

2.4.2 S3C2440处理器的内部结构和工作模式 39

2.4.3 GT2440嵌入式开发板的硬件资源 46

第3章 嵌入式系统的Linux操作系统 49

3.1 Linux操作系统基础 49

3.1.1 Linux操作系统的发展 49

3.1.2 Linux操作系统的特点 50

3.1.3 Linux操作系统的组成结构 51

3.1.4 Linux操作系统的发行版 53

3.2 Linux操作系统的人机交互方法 54

3.2.1 Linux的图形界面 54

3.2.2 Linux的Shell 54

3.3 Linux操作系统的命令 56

3.3.1 Linux操作系统的命令基础 56

3.3.2 目录操作命令 60

3.3.3 文件操作命令 63

3.3.4 磁盘管理命令 70

3.3.5 用户管理命令 73

3.3.6 网络管理命令 75

3.3.7 其他命令 76

第二部分 在ARM处理器系统上移植Linux操作系统 80

第4章 移植和使用嵌入式系统的引导软件（Bootloader） 80

4.1 嵌入式系统的软件开发 80

4.1.1 进行裸机开发 80

4.1.2 在嵌入式操作系统下进行开发 87

4.2 嵌入式系统的引导软件基础 87

4.2.1 Bootloader介绍 87

4.2.2 基于Bootloader的嵌入式架构 88

4.2.3 Bootloader的工作模式 89

4.2.4 Bootloader的启动方式 89

4.2.5 Bootloader的启动流程 91

4.2.6 常见的Bootloader 93

4.3 【应用实例】——移植Bootloader软件U-Boot 93

4.3.1 U-Boot的特点和功能 93

4.3.2 U-Boot的源代码结构分析 94

4.3.3 移植U-Boot 100

4.3.4 刻录U-Boot 108

4.4 【应用实例】——使用U-Boot 112

4.4.1 使用超级终端和嵌入式系统进行通信 112

4.4.2 使用DNW下载工具和嵌入式系统进行通信 115

第5章 建立和使用嵌入式系统的交叉编译环境 117

5.1 建立交叉编译环境 117

5.1.1 交叉编译环境的工具链 117

5.1.2 【应用实例】——安装交叉编译环境 118

5.2 使用交叉编译环境 120

5.2.1 使用编辑器vim 120

5.2.2 使用编译工具gcc 124

5.2.3 使用调试工具gdb 126

5.2.4 使用管理工具make 129

5.2.5 使用autotools 131

第6章 在嵌入式系统上移植操作系统和文件系统 136

6.1 Linux内核移植基础 136

6.1.1 Linux的内核组成 136

6.1.2 Linux内核的配置工具 137

6.2 【应用实例】——在嵌入式系统上移植Linux内核 139

6.2.1 配置内核 139

6.2.2 建立依赖关系 142

6.2.3 建立内核 142

6.3 文件系统移植基础 142

6.3.1 Linux文件系统基础 143

6.3.2 文件系统的管理机制 144

6.3.3 嵌入式系统中的常用文件系统介绍 145

6.4 【应用实例】——在嵌入式系统上移植文件系统 148

6.4.1 文件系统映像的制作 148

6.4.2 使用NFS文件系统 151

第三部分 在Linux操作系统上进行软件开发 155

第7章 在嵌入式Linux操作系统中进行C语言开发 155

7.1 Linux如何执行一个程序 155

7.2 Linux的程序存储空间 157

7.3 Linux C的main函数 158

7.4 【应用实例】——Hello GT2440 159

7.5 将程序下载到开发板 160

7.5.1 【应用实例】——使用U盘传递数据 160

7.5.2 【应用实例】——通过串口传递数据 160

7.6 Linux操作系统典型库函数介绍及其使用 161

7.6.1 Linux的系统调用和库函数基础 161

7.6.2 【应用实例】——求平方根 162

7.6.3 【应用实例】——产生随机数 163

7.6.4 【应用实例】——获得系统时间和日期 164

7.6.5 【应用实例】——打印单字符 166

7.6.6 【应用实例】——将字符串转换为数字 167

7.6.7 【应用实例】——字符串复制 167

7.6.8 【应用实例】——添加通讯录条目 169

7.6.9 【应用实例】——内存映射 171

7.6.10 【应用实例】——标准输入／输出 172

第8章 在嵌入式Linux中进行文件和流操作 175

8.1 Linux的文件操作基础 175

8.1.1 Linux的文件系统介绍 175

8.1.2 Linux的文件类型 179

8.2 Linux的基础文件操作 182

8.2.1 使用open函数打开文件 182

8.2.2 使用close函数关闭文件 184

8.2.3 使用create函数创建文件 184

8.2.4 使用write函数写文件 185

8.2.5 使用lseek函数对文件进行内部定位 186

8.2.6 使用read函数读文件 188

8.3 文件的高级操作 190

8.3.1 使用stat函数操作文件状态 190

8.3.2 使用utime函数操作文件时间 191

8.3.3 使用dup和dup2函数操作文件的描述符 192

8.3.4 使用rename函数修改文件的名称 193

8.4 Linux的目录文件操作 194

8.4.1 创建和删除目录 194

8.4.2 打开、关闭目录及对目录的读操作 195

8.5 Linux的流操作基础 200

8.5.1 流和文件的关系 200

8.5.2 流的结构和操作流程 201

8.5.3 Linux的标准流 202

8.6 Linux的流操作 203

8.6.1 打开和关闭流 203

8.6.2 设置流的缓冲区 205

8.6.3 使用字符方式对流进行读写 208

8.6.4 使用行方式对流进行读写 210

8.6.5 使用二进制方式对流进行读写 212

8.6.6 流的出错处理 214

8.6.7 流的冲洗 215

8.6.8 在流中进行内部定位 215

第9章 在嵌入式Linux中进行进程和线程操作 219

9.1 Linux的进程基础 219

9.1.1 Linux的进程及其执行过程 219

9.1.2 Linux的进程描述符和标识符 222

9.1.3 【应用实例】——获取进程的用户标识符 224

9.1.4 Linux的进程调度 225

9.1.5 Linux下的进程执行流程 226

9.2 在嵌入式Linux中进行进程操作 227

9.2.1 使用fork和vfork函数创建进程 227

9.2.2 使用exec系列函数执行进程 231

9.2.3 使用exit系列函数退出进程 235

9.2.4 调用wait系列函数销毁进程 236

9.3 Linux的线程基础 240

9.3.1 线程的运行方式 240

9.3.2 线程的标识符 241

9.3.3 用户态线程和核心态线程 241

9.3.4 编译带线程的代码 242

9.4 在嵌入式Linux中进行线程操作 242

9.4.1 调用pthread_create函数创建线程 242

9.4.2 调用pthread_exit函数退出线程 244

9.4.3 调用pthread_join函数阻塞线程 245

9.4.4 调用pthread_cancel函数取消线程 246

9.4.5 调用pthread_cleanup系列函数清理线程环境 247

9.4.6 调用pthread_deatch函数分离线程 249

9.4.7 线程和进程操作的总结和比较 251

第10章 在嵌入式Linux中进行进程间和线程间通信 252

10.1 Linux的进程通信和信号基础 252

10.1.1 Linux的进程通信 252

10.1.2 Linux中的信号机制和信号 253

10.1.3 信号的工作方式 255

10.1.4 Linux下的信号说明 256

10.1.5 调用signal系列函数来注册信号 259

10.2 Linux中信号的基础操作 262

10.2.1 使用kill函数和raise函数发送信号 262

10.2.2 使用alarm进行信号的定时操作 266

10.2.3 使用setitimer函数进行精确定时 267

10.2.4 使用abort发送进程退出信号 269

10.3 Linux的管道和进程通信 269

10.3.1 管道基础 269

10.3.2 管道的实现方法 270

10.3.3 管道读写操作规则 271

10.3.4 管道的特点 272

10.4 在Linux中进行管道操作 272

10.4.1 使用pipe函数来创建管道 273

10.4.2 【应用实例】——父子进程使用管道通信 273

10.4.3 【应用实例】——兄弟进程使用管道通信 274

10.4.4 管道的高级操作 276

10.5 Linux的命名管道基础 277

10.5.1 在Linux中使用命名管道 278

10.5.2 命名管道的常用工作方式 279

10.5.3 命名管道的打开和读写 281

10.6 Linux的命名管道操作 282

10.6.1 使用mkfifo函数来创建命名管道 282

10.6.2 【应用实例】——命名管道的读写 283

10.7 Linux中的线程同步操作 285

10.7.1 使用互斥锁实现线程同步 285

10.7.2 使用条件变量实现线程同步 288

第11章 在嵌入式Linux中进行网络编程 291

11.1 Linux的网络通信模型 291

11.1.1 OSI网络模型 291

11.1.2 TCP/IP协议和其网络模型 292

11.1.3 客户端／服务器结构 295

11.1.4 Linux的端口和套接字 295

11.1.5 Linux套接字的结构定义 297

11.2 在嵌入式Linux中进行网络基础操作 298

11.2.1 使用字节顺序转换函数族来转换地址模式 298

11.2.2 使用字节操作函数族操作多字节数据 299

11.2.3 使用IP地址转换函数族转换IP地址 300

11.2.4 使用域名转换函数族转换域名 302

11.3 在嵌入式Linux中操作网络套接字 304

11.3.1 使用socket函数创建套接字 304

11.3.2 使用bind函数绑定套接字 305

11.3.3 使用connect函数建立连接 307

11.3.4 使用listen切换套接字为倾听模式 309

11.3.5 使用accept函数接收连接 311

11.3.6 使用close函数关闭连接 311

11.3.7 使用read和write函数读写套接字 312

11.3.8 使用getsockname和getpeername函数获取套接字地址 312

11.3.9 使用send和recv函数发送和接收数据 313

11.4 在嵌入式Linux中进行TCP编程 314

11.4.1 TCP基础 315

11.4.2 TCP的工作流程 316

11.4.3 【应用实例】——使用TCP协议发送当前系统时间 317

11.5 在嵌入式Linux中进行UDP编程 320

11.5.1 UDP基础 320

11.5.2 UDP的工作流程 321

11.5.3 【应用实例】——使用UDP协议发送当前系统时间 322

第四部分 综合应用 327

第12章 嵌入式Linux综合应用实例 327

12.1 【应用实例】——定时创建文件写入数据 327

12.1.1 实例的需求说明和分析 327

12.1.2 实例的基础设计 328

12.1.3 实例的综合 333

12.2 【应用实例】——串口双机通信 335

12.2.1 实例的需求说明和分析 335

12.2.2 实例的基础设计 335

12.2.3 实例的综合 346

12.3 【应用实例】——设计守护进程 348

12.3.1 实例的需求说明和分析 348

12.3.2 实例的基础设计 349

12.3.3 实例的综合 350

12.4 【应用实例】——设计生产者-消费者模型 351

12.4.1 实例的需求说明和分析 351

12.4.2 实例的基础设计 352

12.5 【应用实例】——从网络服务器获取当前时间信息 356

12.5.1 实例的需求说明和分析 356

12.5.2 实例的基础设计 356

12.5.3 实例的综合 357