第1章 嵌入式计算 1
引言 1
1.1 复杂系统与微处理器 1
1.1.1 嵌入式计算机 1
1.1.2 嵌入式计算应用的特点 3
1.1.3 为什么要使用微处理器 4
1.1.4 软件物理 5
1.1.5 嵌入式计算系统设计所面临的挑战 5
1.1.6 嵌入式计算的性能 6
1.2 嵌入式系统的设计过程 7
1.2.1 需求 8
1.2.2 规格说明 11
1.2.3 体系结构设计 11
1.2.4 设计硬件组件和软件组件 13
1.2.5 系统集成 13
1.3 系统设计的形式化方法 13
1.3.1 结构描述 14
1.3.2 行为描述 17
1.4 模型火车控制器 19
1.4.1 需求 20
1.4.2 DCC 20
1.4.3 概念性规格说明 22
1.4.4 详细的规格说明 24
1.4.5 小结 28
1.5 本书概览 28
1.5.1 第2章：指令系统 29
1.5.2 第3章：CPU 29
1.5.3 第4章：基于总线的计算机系统 29
1.5.4 第5章：程序设计与分析 30
1.5.5 第6章：进程和操作系统 31
1.5.6 第7章：多处理器 31
1.5.7 第8章：网络 32
1.5.8 第9章：系统设计技术 32
总结 32
本章学习要点 33
推荐读物 33
习题 33
实验练习 34
第2章 指令系统 35
引言 35
2.1 预备知识 35
2.1.1 计算机体系结构分类 35
2.1.2 汇编语言 37
2.2 ARM处理器 37
2.2.1 处理器和存储器组织 38
2.2.2 数据操作 38
2.2.3 控制流 43
2.3 TI C55x DSP 48
2.3.1 处理器和存储管理 48
2.3.2 寻址方式 51
2.3.3 数据操作 52
2.3.4 流程控制 53
2.3.5 C代码准则 54
总结 55
本章学习要点 55
推荐读物 55
习题 55
实验练习 57
第3章 CPU 58
引言 58
3.1 输入／输出编程 58
3.1.1 输入／输出设备 58
3.1.2 输入／输出原语 59
3.1.3 忙等I/O 60
3.1.4 中断 61
3.2 管态、异常和陷阱 70
3.2.1 管态 70
3.2.2 异常 71
3.2.3 陷阱 71
3.3 协处理器 71
3.4 存储系统机制 72
3.4.1 高速缓存 72
3.4.2 存储管理单元和地址转换 76
3.5 CPU的性能 80
3.5.1 流水线技术 80
3.5.2 高速缓存 83
3.6 CPU的功耗 83
3.7 设计示例：数据压缩器 86
3.7.1 需求和算法 87
3.7.2 规格说明 88
3.7.3 程序设计 89
3.7.4 测试 94
总结 95
本章学习要点 95
推荐读物 96
习题 96
实验练习 98
第4章 基于总线的计算机系统 99
引言 99
4.1 CPU总线 99
4.1.1 总线协议 99
4.1.2 DMA 104
4.1.3 系统总线配置 105
4.1.4 AMBA总线 106
4.2 存储设备 107
4.2.1 存储设备组织 107
4.2.2 随机存储器 108
4.2.3 只读存储器 108
4.3 I/O设备 109
4.3.1 定时器和计数器 109
4.3.2 A/D转换器和D/A转换器 110
4.3.3 键盘 110
4.3.4 发光二极管 111
4.3.5 显示器 111
4.3.6 触摸屏 112
4.4 组件接口 112
4.4.1 存储器接口 112
4.4.2 设备接口 112
4.5 用微处理器设计 113
4.5.1 系统体系结构 113
4.5.2 硬件设计 114
4.5.3 PC作为平台 115
4.6 开发和调试 117
4.6.1 开发环境 117
4.6.2 调试技术 118
4.6.3 调试难点 120
4.7 系统级性能分析 121
4.7.1 系统级性能分析 121
4.7.2 并行 124
4.8 设计示例：闹钟 125
4.8.1 需求 125
4.8.2 规格说明 126
4.8.3 系统体系结构 129
4.8.4 组件设计与测试 130
4.8.5 系统集成与测试 130
总结 130
本章学习要点 130
推荐读物 130
习题 130
实验练习 132
第5章 程序设计与分析 133
引言 133
5.1 嵌入式程序组件 133
5.1.1 状态机 133
5.1.2 面向流的程序设计和循环缓冲区 135
5.1.3 队列 136
5.2 程序模型 137
5.2.1 数据流图 137
5.2.2 控制／数据流图 139
5.3 汇编、连接和装载 140
5.3.1 汇编程序 141
5.3.2 连接 144
5.4 基本编译技术 145
5.4.1 语句翻译 146
5.4.2 过程 149
5.4.3 数据结构 149
5.5 程序优化 150
5.5.1 表达式简化 150
5.5.2 无效代码的清除 151
5.5.3 过程内嵌 151
5.5.4 循环变换 151
5.5.5 寄存器分配 153
5.5.6 调度 156
5.5.7 指令选择 157
5.5.8 理解并使用你的编译器 157
5.5.9 解释器与JIT编译器 157
5.6 程序级性能分析 158
5.6.1 程序性能的要素 159
5.6.2 测量驱动的性能分析 162
5.7 软件性能优化 164
5.7.1 循环优化 164
5.7.2 性能优化策略 166
5.8 程序级能量和功率的分析与优化 167
5.9 程序大小的分析与优化 169
5.10 程序验证与测试 170
5.10.1 白盒测试 170
5.10.2 黑盒测试 175
5.10.3 评估功能测试 176
5.11 软件调制解调器 177
5.11.1 工作原理与需求 177
5.11.2 规格说明 178
5.11.3 系统体系结构 178
5.11.4 组件设计与测试 179
5.11.5 系统集成与测试 179
总结 180
本章学习要点 180
推荐读物 180
习题 180
实验练习 185
第6章 进程和操作系统 186
引言 186
6.1 多任务和多进程 186
6.1.1 任务和进程 187
6.1.2 多速率系统 188
6.1.3 进程的时限要求 189
6.1.4 CPU量度 192
6.1.5 进程状态与调度 192
6.1.6 调度策略 193
6.1.7 运行周期性进程 194
6.2 抢占式实时操作系统 195
6.2.1 抢占 195
6.2.2 优先级 196
6.2.3 进程和上下文 197
6.2.4 进程和面向对象设计 200
6.3 基于优先级的调度 201
6.3.1 单一速率调度 201
6.3.2 截止时限最近者优先调度 203
6.3.3 RMS和EDF的比较 205
6.3.4 对建模假设的进一步分析 206
6.4 进程间通信机制 207
6.4.1 共享内存通信 207
6.4.2 消息传递 209
6.4.3 信号 209
6.5 评估操作系统性能 210
6.6 进程的功耗管理与优化 212
6.7 设计示例：电话应答机 214
6.7.1 工作原理与需求 214
6.7.2 规格说明 216
6.7.3 系统体系结构 218
6.7.4 组件设计与测试 219
6.7.5 系统集成与测试 219
总结 220
本章学习要点 220
推荐读物 220
习题 220
实验练习 224
第7章 多处理器 225
引言 225
7.1 为什么要使用多处理器 225
7.2 CPU和加速器 227
7.2.1 系统体系结构框架 228
7.2.2 系统集成和调试 229
7.3 多处理器性能分析 229
7.3.1 加速器和加速 229
7.3.2 调度和分配的性能影响 232
7.3.3 缓冲和性能 234
7.4 消费电子体系结构 235
7.4.1 用例和需求 235
7.4.2 平台和操作系统 236
7.4.3 闪存文件系统 236
7.5 设计示例：移动电话 237
7.6 设计示例：CD和DVD 238
7.7 设计示例：音频播放器 241
7.8 设计示例：数码相机 241
7.9 设计示例：视频加速器 243
7.9.1 算法和需求 243
7.9.2 规格说明 245
7.9.3 体系结构 246
7.9.4 组件设计 248
7.9.5 系统测试 248
总结 248
本章学习要点 249
推荐读物 249
习题 249
实验练习 251
第8章 网络 252
引言 252
8.1 分布式嵌入式体系结构 252
8.1.1 为什么使用分布式系统 253
8.1.2 网络抽象 253
8.1.3 硬件和软件体系结构 254
8.1.4 报文传递编程 256
8.2 嵌入式系统网络 257
8.2.1 I2C总线 257
8.2.2 以太网 260
8.2.3 现场总线 262
8.3 基于网络的设计&． 262
8.4 可达因特网系统 264
8.4.1 因特网 264
8.4.2 因特网应用 265
8.4.3 因特网安全 266
8.5 交通工具和网络 267
8.5.1 汽车网络 267
8.5.2 航空电子系统 270
8.6 传感器网络 270
8.7 设计示例：电梯控制器 271
8.7.1 工作原理和需求 271
8.7.2 规格说明 273
8.7.3 体系结构 274
8.7.4 测试 275
总结 275
本章学习要点 276
推荐读物 276
习题 276
实验练习 277
第9章 系统设计技术 278
引言 278
9.1 设计方法学 278
9.1.1 为什么需要设计方法学 278
9.1.2 设计流程 279
9.2 需求分析 283
9.3 规格说明 284
9.3.1 面向控制的规格说明语言 284
9.3.2 高级规格说明 286
9.4 系统分析和体系结构设计 288
9.5 质量保证 291
9.5.1 质量保证技术 293
9.5.2 验证规格说明 294
9.5.3 设计评审 295
总结 296
本章学习要点 296
推荐读物 296
习题 296
实验练习 297
附录A UML表示法 298
术语表 301
参考文献 312