第1章 嵌入式硬件基础 1
1.1 硬件学习第一讲：阅读电路原理图 1
1.2 嵌入式电路板和冯·诺依曼模型 3
1.3 硬件功率估计 7
1.3.1 模拟信号和数字信号简谈 7
1.4 基础电路 8
1.4.1 DC电路 8
1.4.2 AC电路 14
1.4.3 有源器件 19
1.5 连接到一起：一个电源系统 21
1.5.1 示波器 23
1.5.2 控制 23
1.5.3 探头 26
第2章 逻辑电路 29
2.1 译码 29
2.1.1 BCD码 32
2.2 组合逻辑 32
2.2.1 非门（NOT） 32
2.2.2 与门（AND）和与非门（NAND） 33
2.2.3 或门（OR）和或非门（NOR） 33
2.2.4 异或门（XOR） 34
2.2.5 电路 35
2.2.6 三态器件 37
2.3 时序电路 37
2.3.1 逻辑部分总结 40
2.4 封装在一起：集成电路 40
第3章 嵌入式处理器 44
3.1 概述 44
3.2 ISA架构模型 45
3.2.1 操作 45
3.2.2 操作数 47
3.2.3 存储 48
3.2.4 寻址模式 50
3.2.5 中断与异常处理 50
3.2.6 应用描述ISA模型 50
3.2.7 通用ISA模型 51
3.2.8 指令并行ISA模型 53
3.3 处理器内部设计 55
3.3.1 中央处理单元（CPU） 58
3.3.2 片上存储器 69
3.3.3 处理器的输入／输出（I/O） 78
3.3.4 处理器总线 89
3.4 处理器性能 90
3.4.1 基准程序 91
第4章 嵌入式系统板总线和I/O 94
4.1 系统板I/O 94
4.2 数据管理：串行I/O与并行I/O 96
4.2.1 串行I/O实例1：网络与通信——RS-232 99
4.2.2 实例：Motorola/Freescale MPC823 FADS板RS-232系统模型 100
4.2.3 串行I/O实例2：网络和通信——IEEE 802.11无线局域网 101
4.2.4 并行I/O 104
4.2.5 并行I/O实例3：“并行”输出和图形I/O 105
4.2.6 并行和串行I/O实例4：网络和通信——以太网 107
4.2.7 实例1：Motorola/Freescale MPC823 FADS板以太网系统模型 108
4.2.8 实例2：Net Silicon ARM7（6127001）开发板以太网系统模型 110
4.2.9 实例3：Adastra Neptune x86板上以太网系统模型 110
4.3 与I/O部件接口 111
4.3.1 嵌入式系统板与I/O设备的接口 111
4.3.2 主CPU与I/O控制器接口 113
4.4 I/O和性能 113
4.5 系统板总线 114
4.6 总线仲裁与时序 116
4.6.1 不可扩展总线：12C总线实例 119
4.6.2 PCI（外设部件互连）总线实例：可扩展总线 121
4.7 将其他系统板部件集成到总线 124
4.8 总线性能 125
第5章 存储系统 127
5.1 概述 127
5.2 存储器空间 127
5.2.1 L1 Instruction Memory（L1指令存储器） 129
5.2.2 使用L1指令存储器存放数据 129
5.2.3 L1数据存储器 129
5.3 cache概述 130
5.3.1 什么是cache 130
5.3.2 直接映射cache 132
5.3.3 全相连cache 132
5.3.4 N路组相连cache 132
5.3.5 更多的cache细节 133
5.3.6 直写和回写数据cache 134
5.4 外部存储器 135
5.4.1 同步存储器 136
5.4.2 异步存储器 142
5.4.3 非易失性存储器 144
5.5 Direct Memory Access直接存储器访问 149
5.5.1 DMA控制器概述 149
5.5.2 更多关于DMA控制器 150
5.5.3 DMA控制器编程 151
5.5.4 DMA分类 157
5.5.5 基于寄存器的DMA 158
5.5.6 基于描述符的DMA 159
5.5.7 高级DMA特性 162
第6章 嵌入式系统时序分析 164
6.1 概述 164
6.2 时序图符号惯例 164
6.2.1 上升和下降时间 165
6.2.2 传输延迟 165
6.2.3 建立和保持时间 166
6.2.4 三态总线接口 166
6.2.5 脉冲宽度和时钟频率 167
6.3 扇出数量和负载分析：DC和AC 168
6.3.1 计算导线电容 169
6.3.2 CMOS驱动LSTTL时的扇出数量 170
6.3.3 传输线效应 172
6.3.4 接地弹跳 173
6.4 逻辑家族IC特性及接口 174
TTL兼容信号与5V CMOS的接口 177
6.5 设计实例：噪声容限分析数据表 179
6.6 最差条件时序分析实例 185
第7章 选择微控制器和其他设计决策 188
7.1 概述 188
7.2 选择正确的内核 190
7.3 使用FPGA建立定制的外设 193
7.4 使用谁的开发硬件——先有鸡还是先有蛋 194
7.5 推荐的实验室设备 196
7.6 开发工具链 197
7.7 免费嵌入式操作系统 199
7.8 你与GNU：如何使用“免费”软件来影响你的产品 202
第8章 微控制器网络的本质：RS-232 206
8.1 概述 206
8.2 关于RS-232的一段历史 207
8.3 RS-232标准操作过程 209
8.4 关于RS-232电压转换的思考 212
8.5 RS-232在微控制器上的实现 213
8.5.1 RS-232硬件基础 213
8.5.2 建立一个简易的微控制器RS-232收发器 215
8.6 用BASIC语言编写RS-232微控制器程序 230
8.7 RS-232通信硬件的建立 234
8.7.1 几个BASIC RS-232指令 235
8.8 I2C：其他串口协议 237
8.8.1 为什么使用I2C 238
8.8.2 I2C总线 238
8.8.3 I2C ACKS和NAKS 241
8.8.4 更多有关仲裁和时钟同步的技术 241
8.8.5 I2C寻址 243
8.8.6 I2C固件 244
8.8.7 AVR主机I2C代码 244
8.8.8 AVR I2C主—接收器代码 249
8.8.9 PIC I2C从—发送器模式代码 250
8.8.10 AVR与PIC之间的I2C通信 255
8.9 通信选择 267
8.9.1 串行外围设备接口 267
8.9.2 控制器局域网 268
8.9.3 报文过滤 272
第9章 传感器和驱动器接口 274
9.1 概述 274
9.2 数字接口 274
9.2.1 混合3.3V和5V设备 274
9.2.2 数字输入保护 276
9.2.3 数字输入的扩展 280
9.2.4 扩展数字输出 283
9.3 高电流输出 285
9.3.1 基于BJT的驱动器 285
9.3.2 金属氧化物半导体场效应晶体管 288
9.3.3 电磁继电器 289
9.3.4 固态继电器 293
9.4 复杂可编程逻辑器件（CPLD）和场效应可编程门阵列（FPGA） 294
9.5 模拟接口：概述 295
9.5.1 模数转换器（ADC） 295
9.5.2 项目：模拟通道的描述 296
9.6 结论 305
第10章 其他常用硬件设计技巧与方法 306
10.1 概述 306
10.2 诊断 306
10.3 连接工具 307
10.4 其他思想 307
10.5 构建方法 308
10.5.1 电源和地平面 309
10.5.2 接地问题 309
10.6 电磁兼容 309
10.7 静电放电效应 310
容错 310
10.8 硬件开发工具 311
10.8.1 仪器使用问题 311
10.9 软件开发工具 311
10.10 其他特殊设计考虑 312
10.10.1 发热分析和设计 312
10.10.2 动力电池系统设计考虑 313
10.11 处理器性能分析 313
10.11.1 IPS 313
10.11.2 OPS 313
10.11.3 基准程序 314
附录A 电路原理图符号 315
附录B 缩略词 321
附录C 印制电路板设计问题 336