第1章 基于ARM的嵌入式系统 1
1.1 RISC设计思想 2
1.2 ARM设计思想 3
1.3 嵌入式系统的硬件 5
1.3.1 ARM总线技术 6
1.3.2 AMBA总线协议 6
1.3.3 存储器 7
1.3.4 外设 9
1.4 嵌入式系统的软件 10
1.4.1 初始化（启动）代码 10
1.4.2 操作系统 11
1.4.3 应用程序 12
1.5 总结 12
第2章 ARM处理器基础 14
2.1 寄存器 16
2.2 当前程序状态寄存器 17
2.2.1 处理器模式 18
2.2.2 分组寄存器 18
2.2.3 状态和指令集 21
2.2.4 中断屏蔽 22
2.2.5 条件标志 22
2.2.6 条件执行 24
2.3 流水线 24
2.4 异常、中断及向量表 27
2.5 内核扩展 28
2.5.1 cache和紧耦合存储器 29
2.5.2 存储管理 30
2.5.3 协处理器 31
2.6 体系结构的不同版本 31
2.6.1 命名规则 32
2.6.2 体系结构的发展 33
2.7 ARM处理器系列 34
2.7.1 ARM7系列 35
2.7.2 ARM9系列 36
2.7.3 ARM10系列 37
2.7.4 ARM11系列 37
2.7.5 专用处理器 37
2.8 总结 38
第3章 ARM指令集 39
3.1 数据处理指令 42
3.1.1 MOVE指令 42
3.1.2 桶形移位器 43
3.1.3 算术指令 46
3.1.4 算术指令使用桶形移位器 47
3.1.5 逻辑指令 48
3.1.6 比较指令 49
3.1.7 乘法指令 50
3.2 分支指令 51
3.3 load-store指令 53
3.3.1 单寄存器传送指令 53
3.3.2 单寄存器load-store指令的寻址方式 54
3.3.3 多寄存器传送指令 57
3.3.4 交换指令 65
3.4 软件中断指令 66
3.5 程序状态寄存器指令 68
3.5.1 协处理器指令 69
3.5.2 协处理器15（CP15）指令语法 70
3.6 常量的装载 71
3.7 ARMv5E扩展 72
3.7.1 零计数指令 73
3.7.2 饱和算术指令 73
3.7.3 ARMv5E乘法指令 74
3.8 条件执行 75
3.9 总结 77
第4章 Thumb指令集 78
4.1 Thumb寄存器的使用 81
4.2 ARM-Thumb交互 82
4.3 其它分支指令 84
4.4 数据处理指令 84
4.5 单寄存器load-store指令 87
4.6 多寄存器load-store指令 89
4.7 堆栈指令 90
4.8 软件中断指令 91
4.9 总结 92
第5章 高效的C编程 93
5.1 C编译器及其优化概述 94
5.2 基本的C数据类型 96
5.2.1 局部变量类型 97
5.2.2 函数参数类型 101
5.2.3 有符号数与无符号数 103
5.3 C循环结构 104
5.3.1 固定次数的循环 104
5.3.2 不定次数的循环 107
5.3.3 循环展开 108
5.4 寄存器分配 111
5.5 函数调用 113
5.6 指针别名 117
5.7 结构体安排 120
5.8 位域 124
5.9 边界不对齐数据和字节排列方式（大／小端） 127
5.10 除法 131
5.10.1 带余数的无符号重复除法 133
5.10.2 把除转换为乘 133
5.10.3 除数是常数的无符号除法 136
5.10.4 除数是常数的有符号除法 137
5.11 浮点运算 140
5.12 内联函数和内嵌汇编 140
5.13 移植问题 144
5.14 总结 145
第6章 ARM汇编与优化 147
6.1 编写汇编代码 148
6.2 性能分析和周期计数 154
6.3 指令调整 154
6.4 寄存器分配 162
6.4.1 分配变量给寄存器 163
6.4.2 使用超过14个的局部变量 166
6.4.3 最大限度地使用寄存器 168
6.5 条件执行 172
6.6 循环结构 174
6.6.1 减计数循环 174
6.6.2 展开计数循环 175
6.6.3 多层嵌套循环 178
6.6.4 其它计数循环 181
6.7 位操作 182
6.7.1 固定宽度的位域打包和解包 182
6.7.2 可变宽度编码的位流打包 183
6.7.3 可变宽度编码的位流解包 186
6.8 高效的switch 188
6.8.1 在范围0≤x＜N的switch 189
6.8.2 基于通用变量x的switch 191
6.9 边界不对齐数据的处理 192
6.10 总结 196
第7章 基本运算优化 197
7.1 双精度整数乘法 198
7.1.1 长整型乘法 199
7.1.2 128位结果的无符号64位乘法 200
7.1.3 128位结果的有符号64位整数乘法 201
7.2 整数规格化和前导0计数 203
7.2.1 ARMv5及以上体系结构的整数规格化 203
7.2.2 在ARMv4体系结构上的规格化 204
7.2.3 后缀0计数 206
7.3 除法 208
7.3.1 通过试探减法实现无符号数除法 208
7.3.2 无符号整数的Newton-Raphson除法 215
7.3.3 无符号小数Newton-Raphson除法 221
7.3.4 有符号数除法 228
7.4 平方根 229
7.4.1 通过试探减法计算平方根 229
7.4.2 使用Newton-Raphson迭代计算平方根 231
7.5 超越函数：log，exp，sin，cos 233
7.5.1 以2为底的对数运算 233
7.5.2 2的乘幂 235
7.5.3 三角函数 236
7.6 字节顺序反转和位操作 239
7.6.1 字节顺序反转 240
7.6.2 位变换 240
7.6.3 ‘1’位计数 243
7.7 饱和及舍入运算 244
7.7.1 饱和32位数到16位 245
7.7.2 饱和左移 245
7.7.3 舍入右移 245
7.7.4 饱和的32位加减法 245
7.7.5 饱和绝对值 246
7.8 随机数产生 246
7.9 总结 247
第8章 数字信号处理 248
8.1 表示一个数字信号 250
8.1.1 选择一种表示方法 250
8.1.2 操作以定点格式存储的值 253
8.1.3 定点信号的加法和减法 254
8.1.4 定点信号的乘法 255
8.1.5 定点信号的除法 256
8.1.6 定点信号的平方根 256
8.1.7 小结：数字信号的表示 256
8.2 基于ARM的DSP介绍 258
8.2.1 ARM7TDMI的DSP 259
8.2.2 ARM9TDMI的DSP 260
8.2.3 StrongARM的DSP 262
8.2.4 ARM9E的DSP 264
8.2.5 ARM10E的DSP 265
8.2.6 Intel Xscale的DSP 267
8.3 FIR滤波器 269
8.4 IIR滤波 284
8.5 离散傅里叶变换 292
8.6 总结 304
第9章 异常和中断处理 306
9.1 异常处理 307
9.1.1 ARM处理器模式及异常 307
9.1.2 向量表 309
9.1.3 异常优先级 310
9.1.4 链接寄存器偏移 311
9.2 中断 313
9.2.1 分配中断 313
9.2.2 中断延迟 314
9.2.3 IRQ与FIQ异常 315
9.2.4 基本的中断堆栈设计与实现 317
9.3 中断处理方法 321
9.3.1 非嵌套中断处理 321
9.3.2 嵌套中断处理 324
9.3.3 可重入中断处理 330
9.3.4 优先级简单中断处理 334
9.3.5 优先级标准中断处理 340
9.3.6 优先级直接中断处理 344
9.3.7 优先级分组中断处理 347
9.3.8 基于VIC FL190的中断服务例程 351
9.4 总结 352
第10章 固件 353
10.1 固件和引导装载程序 354
10.1.1 ARM Firmware Suite 357
10.1.2 Red Hat Redboot 358
10.2 例子：Sandstone 358
10.2.1 Sandstone的目录结构 359
10.2.2 Sandstone的代码结构 359
10.3 总结 364
第11章 嵌入式操作系统 365
11.1 基本模块 366
11.2 实例：简单小型操作系统SLOS 367
11.2.1 SLOS目录结构 368
11.2.2 初始化 369
11.2.3 存储模型 373
11.2.4 中断和异常处理 374
11.2.5 调度程序 378
11.2.6 上下文切换 380
11.2.7 设备驱动程序框架 382
11.3 总结 383
第12章 高速缓冲存储器cache 385
12.1 存储层次和cache 387
12.2 cache结构 390
12.2.1 cache存储器的基本结构 391
12.2.2 cache控制器的基本操作 392
12.2.3 cache与主存的关系 392
12.2.4 组相联 395
12.2.5 写缓冲器 399
12.2.6 cache效率的衡量 399
12.3 cache策略 400
12.3.1 写策略——直写法或回写法 400
12.3.2 cache行替换策略 401
12.3.3 cache失效时的分配策略 404
12.4 协处理器15与cache 405
12.5 清除和清理cache 406
12.5.1 清除cache 407
12.5.2 清理cache 410
12.5.3 清理D-cache 410
12.5.4 使用路和组索引寻址清理D-cache 414
12.5.5 使用test-clean命令清理D-cache 417
12.5.6 在Intel XScale SA-110和Intel StrongARM内核中清理D-cache 418
12.5.7 清理和清除部分cache 421
12.6 cache锁定 426
12.6.1 在cache中锁定代码和数据 427
12.6.2 通过增加路索引来锁定cache 428
12.6.3 使用锁定位锁定cache 433
12.6.4 在Intel XScale SA-110中锁定cache行 437
12.7 cache与软件性能 440
12.8 总结 441
第13章 存储器保护单元MPU 444
13.1 受保护的区域 446
13.1.1 重叠区域 447
13.1.2 背景区域 448
13.2 初始化MPU，cache和写缓冲器 449
13.2.1 定义区域的大小和位置 450
13.2.2 访问权限 453
13.2.3 设置区域的cache和写缓冲器属性 457
13.2.4 使能区域和MPU 460
13.3 MPU系统示例 461
13.3.1 系统需求 462
13.3.2 使用存储器映射分配区域 463
13.3.3 初始化MPU 464
13.3.4 初始化和配置区域 465
13.3.5 完成初始化MPU 468
13.3.6 受保护系统的上下文切换 469
13.3.7 mpuSLOS 470
13.4 总结 470
第14章 存储管理单元 472
14.1 从MPU到MMU 474
14.2 虚存如何工作 474
14.2.1 使用页定义区域 476
14.2.2 多任务和MMU 478
14.2.3 虚存系统的存储器组织 480
14.3 ARM MMU的详情 482
14.4 页表 482
14.4.1 一级页表项 483
14.4.2 L1转换表基地址 484
14.4.3 二级页表项 485
14.4.4 为嵌入式系统选择合适的页大小 486
14.5 转换旁路缓冲器 487
14.5.1 单步页表搜索 487
14.5.2 2步页表搜索 488
14.5.3 TLB操作 489
14.5.4 TLB锁定 490
14.6 域和存储器访问权限 491
14.7 cache和写缓冲器 493
14.8 协处理器CP15和MMU配置 494
14.9 快速上下文切换扩展 496
14.9.1 FCSE如何使用页表和域 497
14.9.2 使用FCSE的提示 499
14.10 示例：一个简单的虚拟存储系统 500
14.10.1 第1步：定义固定的系统软件区域 501
14.10.2 第2步：为每个任务定义虚存映射 502
14.10.3 第3步：在物理存储器中定位区域 503
14.10.4 第4步：定义和定位页表 503
14.10.5 第5步：定义页表和区域数据结构 506
14.10.6 第6步：初始化MMU、Cache和写缓冲器 509
14.10.7 第7步：建立上下文切换程序 524
14.11 MMUSLOS示例 525
14.12 总结 525
第15章 ARM体系结构的发展 527
15.1 ARMv6对高级DSP和SIMD的支持 528
15.1.1 SIMD算法操作 529
15.1.2 打包指令 532
15.1.3 复数运算支持 533
15.1.4 饱和指令 534
15.1.5 绝对差值求和指令 534
15.1.6 双16位乘法指令 535
15.1.7 高位字乘法 536
15.1.8 密码算法乘法扩展 537
15.2 ARMv6增加的系统和多处理器支持 538
15.2.1 混合大小端支持 538
15.2.2 异常处理 538
15.2.3 多处理同步原语（Multipro-cessing Synchronization Primitives） 540
15.3 ARMv6的实现 541
15.4 ARMv6之后的未来技术 543
15.4.1 TrustZone 543
15.4.2 Thumb-2 543
15.5 总结 544
附录A ARM和Thumb汇编指令 546
A.1 如何使用这篇附录 547
A.2 语法 548
A.2.1 可选表达式 548
A.2.2 寄存器 548
A.2.3 立即数 548
A.2.4 条件和标志 549
A.2.5 移位操作 550
A.3 按字母顺序列出ARM和Thumb指令 551
A.4 ARM汇编速查 597
A.4.1 ARM汇编变量 598
A.4.2 ARM汇编标注 599
A.4.3 ARM汇编表达式 600
A.4.4 ARM汇编保留字 601
A.5 GNU汇编快速查询 608
附录B ARM和Thumb指令编码 612
B.1 ARM指令集编码 613
B.2 Thumb指令集编码 618
B.3 程序状态寄存器 620
附录C 处理器与体系结构 622
C.1 ARM命名规则 623
C.2 内核与体系结构 624
附录D 指令周期定时 626
D.1 指令周期定时表的使用 627
D.2 ARM7TDMI指令周期定时 628
D.3 ARM9TDMI指令周期定时 630
D.4 StrongARM1指令周期定时 631
D.5 ARM9E指令周期定时 632
D.6 ARM10E指令周期定时 634
D.7 Intel XScale指令周期定时 636
D.8 ARM11指令周期定时 637
附录E 建议的参考读物 642
E.1 ARM参考 643
E.2 算法参考 643
E.3 存储器管理与cache体系结构（硬件综述与参考） 643
E.4 操作系统参考 644