嵌入式计算机硬件体系设计PDF电子书下载

第1章 嵌入式计算机系统基本构成 1

1.1嵌入式系统概述 1

1.1.1嵌入式系统的组成 1

1.1.2嵌入式系统的特点 2

1.1.3嵌入式系统的发展 3

1.1.4嵌入式系统的应用 6

1.2嵌入式处理器 7

1.2.1嵌入式处理器的种类 7

1.2.2 ARM微处理器简介 8

1.3嵌入式系统的组成 9

1.3.1嵌入式系统的硬件 10

1.3.2嵌入式系统的软件 11

1.4嵌入式操作系统 12

1.4.1 Linux 12

1.4.2 pC/OS 12

1.4.3 Windows CE 13

1.4.4 VxWorks 13

1.4.5 QNX 13

习题 14

第2章 嵌入式ARM微处理器 15

2.1嵌入式处理器内核 15

2.1.1 MIPS核 15

2.1.2 ARM核 15

2.1.3 PowerPC核 16

2.1.4 68K/COLDFIRE核 16

2.2 ARM体系结构的发展 16

2.2.1 V1版体系结构 16

2.2.2 V2版体系结构 16

2.2.3 V3版体系结构 17

2.2.4 V4版体系结构 17

2.2.5 V5版体系结构 17

2.2.6 V6版体系结构 17

2.2.7 V7版体系结构 17

2.3 ARM体系结构的技术特征 18

2.3.1单周期操作 18

2.3.2采用加载/存储指令结构 18

2.3.3固定的32位指令 18

2.3.4三地址指令格式 18

2.3.5多级指令流水线技术 18

2.4 ARM处理器工作状态与工作模式 19

2.4.1 ARM处理器工作状态 19

2.4.2 ARM处理器工作模式 19

2.5 ARM处理器寄存器组 20

2.5.1 ARM状态下的寄存器组 20

2.5.2 Thumb状态下的寄存器组 22

2.6 ARM处理器的异常中断 22

2.6.1 ARM异常种类及异常中断向量 23

2.6.2异常中断的优先级 23

2.6.3 ARM异常中断的响应过程 24

2.6.4从异常处理程序中返回 24

2.7 ARM的存储器格式及数据类型 26

2.7.1 ARM存储字数据的格式 26

2.7.2 ARM微处理器数据类型 27

2.8 ARM流水线技术 27

2.8.1指令流水线处理 27

2.8.2 ARM的3级指令流水线 28

2.8.3 ARM的5级指令流水线 30

2.9 ARM处理器内核结构 30

2.9.1 ARM处理器内核概述 30

2.9.2 ARM7TDMI处理器内核 31

2.9.3 ARM7TDMI存储器接口 34

2.9.4 ARM7TDMI的调试接口 37

2.9.5 ARM920T处理器核 39

2.9.6 ARM的AMBA总线体系结构 40

2.9.7 ARM的MMU部件 41

习题 47

第3章 基于ARM微处理器的硬件电路设计 48

3.1硬件系统及外围接口电路设计 48

3.1.1嵌入式主板的电源设计 49

3.1.2内存SDRAM模块 49

3.1.3 NorFlash模块 50

3.1.4 NandFlash模块 50

3.1.5 USB模块 51

3.1.6 CAN总线通信模块 53

3.1.7 RS-232串行通信模块 54

3.1.8音频输出模块 56

3.1.9 10/100 M网卡模块 57

3.1.10 LCD/VGA接口模块 58

3.1.11实时时钟模块 60

3.1.12 SD/MMC卡接口模块 60

3.1.13嵌入式计算机主板实物图片 61

3.2硬件设计中应该注意的一些问题 61

3.2.1高频电路中的信号反射 62

3.2.2高频电路中的信号串扰问题 66

3.2.3高频电路设计中的电磁辐射 68

3.2.4高频电路设计中的仿真 70

3.2.5 PCB设计的基本方法 72

习题 75

第4章 ARM硬件体系下嵌入式操作系统的移植 76

4.1 Boot loader的介绍 76

4.1.1 AT91 RM9200引导程序分析 76

4.1.2 u-boot介绍 81

4.1.3 vivi介绍 83

4.1.4 u-boot的移植 87

4.1.5 ARM程序的执行流程 89

4.1.6 AT91 RM9200启动程序固化方法 91

4.2 Linux内核的移植 99

4.2.1交叉编译 99

4.2.2 Linux内核介绍 102

4.2.3 AT91 RM9200的Linux-2.4.27的移植 105

4.2.4 Linux内核配置选项介绍 106

4.2.5编译Linux的内核基本步骤 113

4.3文件系统介绍 114

4.3.1嵌入式Linux文件系统的组成 114

4.3.2制作RAM Disk 116

4.3.3创建JFFS2文件系统 117

4.3.4创建NFS文件系统 119

习题 126

第5章 面向ARM硬件体系的Linux驱动程序设计 127

5.1嵌入式Linux的设备管理 129

5.2嵌入式Linux驱动程序开发的基本函数 132

5.2.1Linux的中断 132

5.2.2Linux的内存操作 133

5.2.3I/O端口 134

5.2.4定时器 134

5.3 Linux驱动程序的设备号 135

5.4设备驱动的模块化编程 136

5.4.1 Linux驱动模块编程简介 136

5.4.2关于阻塞型I/O 139

5.4.3并发访问与数据保护 140

5.4.4中断处理 140

5.4.5 Linux内核源代码的目录分布 141

5.4.6驱动程序的调试 148

5.5嵌入式Linux系统驱动程序的分析 149

5.5.1串口驱动程序的分析 149

5.5.2嵌入式Linux主板音频驱动的实现 151

5.5.3嵌入式Linux的demo驱动模板演示与实现 156

习题 161

第6章 ARM硬件体系下系统程序设计进阶 162

6.1嵌入式系统的初始化过程 162

6.1.1中断向量表 162

6.1.2初始化存储器系统 163

6.1.3初始化堆栈 164

6.1.4初始化有特殊要求的端口与设备 165

6.1.5初始化应用程序执行环境 165

6.1.6改变处理器模式 166

6.1.7呼叫主应用程序 167

6.2 ARM与Thumb 168

6.2.1 ARM的结构体系 168

6.2.2堆栈的分配 169

6.2.3在0地址处是ROM还是RAM 169

6.2.4存储器地址重映射 170

6.2.5根据目标存储器系统分散加载映像 172

6.3 ARM的异常处理机制 173

6.3.1异常响应流程 174

6.3.2异常处理函数的设计 177

6.3.3可重人中断设计 180

6.4 ARM/Thumb的交互工作 181

6.4.1需要交互的原因 181

6.4.2状态切换的实现 182

6.4.3 ARM/Thumb之间的函数调用 183

6.4.4交互程序之间的兼容性 184

6.4.5 V5架构的扩展 184

6.4.6 Thumb-2 185

6.5 ARM高效程序的开发 185

6.5.1变量定义 185

6.5.2参数传递 187

6.5.3循环条件 188

6.5.4条件执行 188

6.5.5混合编程 189

6.5.6性能分析 190

习题 191

第7章 基于ARM的工业内窥仪设计实例 192

7.1基于嵌入式系统的工业内窥系统的实现 192

7.1.1系统的功能需求 192

7.1.2方案选择 192

7.1.3工业内窥系统硬件 196

7.1.4紫外线检测设备驱动设计及其实现 199

7.1.5 USB摄像头驱动移植 201

7.1.6设备驱动程序的编译和安装 202

7.2软件开发环境的组成及软件开发的流程 202

7.2.1虚拟机上安装和配置Linux系统 204

7.2.2交叉编译环境的建立 206

7.2.3 Qt/Embedded的软件开发实例 206

7.3工业内窥系统软件设计与实现 207

7.3.1内窥图像采集软件实现 208

7.3.2视频图像采集 209

7.3.3 GPRS数据通信 211

7.3.4 Linux下串口编程 212

7.3.5 Qtopia文件系统的挂接与大容量数据的存储 213

7.4嵌入式计算机系统调试 214

习题 215

第8章 基于ARM的电阻抗成像采集系统的设计实例 216

8.1电阻抗成像系统简介 216

8.1.1电阻抗成像技术 216

8.1.2电阻抗成像系统的组成 216

8.1.3阻抗成像数据采集系统的组成 217

8.2基于ARM的阻抗成像采集系统的实现 217

8.2.1 ARM处理器系统的设计 217

8.2.2阻抗成像采集系统外围电路的设计 226

8.2.3 FPGA在阻抗成像采集系统中的设计 232

8.3阻抗成像采集系统测试 241

习题 243

附录A 嵌入式系统开发中涉及的文件共享、基本命令及相关术语 244

习题参考答案 255

参考文献 260