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第1章　嵌入式硬件系统概述1

1.1　嵌入式系统的应用领域1

1.2　嵌入式系统的特点3

1.3　嵌入式硬件系统的组成5

1.4　嵌入式微处理器概述6

1.5　主流的嵌入式微处理器8

1.6　嵌入式系统的发展趋势9

1.7　本章小结11

第2章　嵌入式微处理器核心12

2.1 ARM CPU ISA的发展历史12

2.2 典型ARM CPU Core体系结构17

2.3 ARM编程模型20

2.3.1　数据宽度（类型）20

2.3.2　工作状态和工作模式20

2.3.3　寄存器22

2.3.4　中断与异常28

2.4　内存和I/O41

2.4.1　大小端41

2.4.2 I/O端口编址方式42

2.5 JTAG和ARM7TDMI Embedded ICE相关技术43

2.5.1 JTAG的基本原理43

2.5.2 JTAG的结构44

2.5.3 TAP控制器的状态机45

2.5.4 ARM7TDMI上的JTAG47

2.6 PowerPC CPU Core53

2.7 SuperH CPU Core59

2.7.1 SuperH系列嵌入式微处理器简介59

2.7.2 SuperH体系的特点60

2.7.3 SH3编程模型64

2.8　本章小结68

第3章　ARM嵌入式微处理器指令集概览70

3.1 ARM指令集概述70

3.1.1 ARM指令集70

3.1.2　Thumb指令集71

3.1.3 Thumb-2指令集72

3.1.4 Jazelle72

3.1.5　为什么需要学习汇编指令73

3.2 ARM v4T架构指令体系73

3.2.1　条件执行和标志位73

3.2.2　数据处理指令74

3.2.3　乘法和除法76

3.2.4　分支指令77

3.2.5　单寄存器数据传输（加载／存储指令）77

3.2.6　批量加载／存储指令79

3.2.7　交换（SWP）指令80

3.2.8　软中断指令（SWI）81

3.2.9　程序状态寄存器访问指令81

3.2.10　协处理器指令81

3.3 ARM v5TE架构指令体系82

3.3.1　前导0计数指令82

3.3.2　符号乘法操作指令82

3.3.3　饱和运算指令83

3.3.4　加载／存储2个寄存器指令84

3.3.5　断点指令84

3.3.6　高速缓存预加载指令84

3.4 ARM v6架构指令体系新特性84

3.4.1　打包数据类型指令85

3.4.2　字节选择指令85

3.4.3　单指令多数据处理指令86

3.4.4　绝对差值求和指令87

3.4.5 SETEND指令87

3.4.6　字节反转指令88

3.4.7　饱和指令88

3.4.8　排他的加载／存储指令88

3.4.9　异常进入与退出指令89

3.5 Thumb指令集89

3.5.1 v4T和v5TE的Thumb指令集90

3.5.2 v6的Thumb指令集91

3.6　本章小结91

第4章　SoC嵌入式微处理器系统92

4.1 SoC的概念92

4.2　典型的SoC结构92

4.2.1　处理器存储器子系统93

4.2.2　嵌入式微处理器片内总线98

4.2.3　嵌入式微处理器片内外设102

4.3　典型的SoC嵌入式系统硬件介绍104

4.3.1 WinBond W90P710系统104

4.3.2 Atmel AT91RM9200系统介绍108

4.3.3 Freescale MPC5554嵌入式微处理器介绍110

4.3.4 SH7709S嵌入式微处理器介绍111

4.4　本章小结113

第5章　嵌入式系统的片外存储系统114

5.1 RAM114

5.1.1　静态存储器SRAM（Static RAM）原理及特点114

5.1.2 DRAM（Dynamic RAM）原理及特点116

5.1.3 SDRAM（Synchronous DRAM）原理及特点120

5.1.4 DDR SDRAM原理及特点123

5.1.5 RAM芯片的选型和组合应用126

5.2 ROM129

5.2.1 NOR Flash的原理及特点130

5.2.2 NAND Flash132

5.2.3 EPROM原理及特点137

5.2.4 EEPROM原理及特点138

5.2.5 FRAM原理及特点139

5.3　电子存储器141

5.3.1 CF卡141

5.3.2 MMC卡142

5.3.3 SD卡144

5.3.4 SM卡145

5.3.5 xD卡146

5.3.6 Memory Stick146

5.4　微硬盘147

5.5　本章小结148

第6章　32位嵌入式系统常用总线150

6.1　概述150

6.2 EBI总线150

6.2.1 EBI总线介绍150

6.2.2 EBI总线接口信号150

6.2.3　EBI总线读操作152

6.2.4　EBI总线写操作152

6.3 LCD总线153

6.3.1 LCD总线介绍153

6.3.2 LCD总线信号153

6.3.3 LCD接口工作时序154

6.4 SPI总线155

6.4.1 SPI总线介绍155

6.4.2 SPI接口信号156

6.4.3 SPI总线工作时序157

6.5 I2C总线158

6.5.1 I2C总线介绍158

6.5.2 I2C总线工作原理158

6.5.3 I2C总线工作时序159

6.6 UART接口161

6.6.1 UART接口介绍161

6.6.2 UART接口的组成162

6.6.3 UART的工作原理162

6.7 USB总线164

6.7.1 USB总线介绍164

6.7.2 USB总线信号组成164

6.7.3 USB总线的体系结构164

6.7.4 USB总线数据流164

6.8 I2S音频总线169

6.8.1 I2S总线介绍169

6.8.2 I2S总线组成169

6.8.3 I2S总线工作时序169

6.9 SDIO总线170

6.9.1 SDIO总线介绍170

6.9.2 SDIO接口信号170

6.9.3 SDIO总线工作时序170

6.10 MII（RMII,SMII）总线171

6.10.1 MII总线介绍171

6.10.2 MII总线组成171

6.10.3 MII总线工作时序171

6.11 CAN总线172

6.11.1　CAN总线介绍172

6.11.2 CAN协议层次及帧格式173

6.11.3 CAN总线的应用173

6.12 LIN总线174

6.12.1 LIN总线介绍174

6.12.2 LIN总线工作原理176

6.13　本章小结178

第7章　嵌入式硬件系统开发流程180

7.1　嵌入式系统的总体开发流程概述180

7.2　嵌入式硬件系统开发流程182

7.2.1　硬件分配需求183

7.2.2　电路图规划183

7.2.3　器件选型184

7.2.4　原理图设计187

7.2.5　原理图复查191

7.2.6 PCB图设计193

7.2.7 PCB图复查199

7.2.8 PCB制板200

7.2.9　器件采购、备料200

7.2.10 PCB焊接及调试201

7.3 32位嵌入式系统的设计原则202

7.4　嵌入式系统硬件需求实例205

7.5　本章小结208

第8章　ARM7学习板核心模块的设计209

8.1　微处理器部分的设计209

8.1.1　设计要点209

8.1.2　微处理器总线接口设计209

8.1.3　微处理器时钟电路设计211

8.1.4　微处理器复位电路设计212

8.1.5　微处理器JTAG调试接口电路设计213

8.1.6　微处理器特殊引脚配置电路设计214

8.1.7　微处理器电源引脚退耦电路设计215

8.2 SDRAM部分的设计215

8.2.1　设计要点215

8.2.2　原理图及分析215

8.3 BOOT Flash部分的设计217

8.3.1　设计要点217

8.3.2　原理图及分析217

8.4　本章小结222

第9章　系统外设及接口模块设计223

9.1 LCD显示模块的设计223

9.1.1　设计要点223

9.1.2　原理图及说明224

9.2 I2C接口与SPI接口的设计226

9.2.1　设计要点227

9.2.2 I2C与SPI接口设计原理图及说明227

9.3 UART通信接口的设计228

9.3.1　设计要点229

9.3.2　原理图及说明229

9.4 USB通信接口的设计231

9.4.1　设计要点232

9.4.2　原理图及说明232

9.5　音频输出接口的设计233

9.5.1　设计要点233

9.5.2　原理图及说明233

9.6　以太网接口的设计236

9.6.1　设计要点237

9.6.2　原理图及说明237

9.7 LED指示灯模块的设计239

9.7.1　设计要点239

9.7.2　原理图及说明239

9.8 LED数码管模块的设计240

9.8.1　设计要点241

9.8.2　原理图及说明241

9.9　矩阵键盘输入模块的设计243

9.9.1　设计要点243

9.9.2　原理图及说明243

9.10 SD/MMC接口的设计244

9.11　数据存储模块的设计246

9.11.1　设计要点246

9.11.2　原理图及说明246

9.12　本章小结248

第10章　电源电路设计249

10.1　稳压电源的分类249

10.2　稳压电源的主要指标250

10.3　引起稳压电源输出不稳定的主要因素251

10.4　稳压电源设计实例251

10.4.1　设计要点251

10.4.2　原理图及说明252

10.5　本章小结254

第11章　嵌入式系统启动程序开发255

11.1　嵌入式系统的典型启动过程及Boot Loader概念255

11.1.1　板级初始化256

11.1.2　系统引导／升级257

11.2　几种典型的嵌入式系统启动程序简介259

11.2.1 UBoot259

11.2.2 RedBoot268

11.3　基于W90P710学习板的RedBoot移植实例271

11.3.1　移植环境271

11.3.2　移植过程273

11.3.3 RedBoot的调试代理功能293

11.4　本章小结295

第12章　嵌入式系统驱动软件开发296

12.1　嵌入式系统驱动软件概述296

12.2　嵌入式系统设备的特性及操作界面296

12.2.1　嵌入式系统设备特性296

12.2.2　设备接口寄存器概述298

12.2.3 设备接口寄存器实例：W90P710的UART接口寄存器298

12.2.4 MPC5554嵌入式微处理器的串口相关寄存器306

12.3　设备操作的基本原理313

12.3.1　概述313

12.3.2　轮循方式314

12.3.3 中断方式314

12.3.4 DMA方式324

12.4 W90P710串口驱动开发实例326

12.4.1 W90P710的串口操作流程326

12.4.2 串口驱动程序头文件Uart.h327

12.4.3 串口驱动程序实现文件Uart.c330

12.4.4　驱动程序的应用及简单功能测试337

12.5 MPC5554 SCI驱动开发实例339

12.5.1　数据结构设计340

12.5.2　功能函数的定义及实现340

12.6　设备驱动开发需注意的问题350

12.6.1　可重入函数与互斥350

12.6.2 中断嵌套与可重入的中断处理程序351

12.6.3　错误处理353

12.6.4 cache处理、缓冲和优化问题355

12.6.5　编程语言与规范355

12.7　驱动软件与操作系统的关系360

12.7.1　操作系统提供I/O管理的机制361

12.7.2　操作系统提供统一的中断相关功能调用363

12.7.3　驱动软件使用操作系统的功能与任务协同工作364

12.8　本章小结364

第13章　嵌入式实时操作系统内核硬件相关设计与代码移植367

13.1　嵌入式实时操作系统内核硬件相关设计367

13.1.1　嵌入式实时操作系统内核硬件相关内容367

13.1.2　任务管理368

13.1.3 中断管理371

13.1.4　操作系统相关BSP部分373

13.2　嵌入式操作系统uCOS-Ⅱ的移植373

13.2.1 uCOS代码结构分析及必要知识介绍373

13.2.2　移植的函数结构375

13.2.3 BSP层的移植377

13.2.4 os_cpu_a.S文件的修改382

13.2.5　移植测试387

13.3　本章小结389

附录A　硬件规格书示例390

A1　概述391

A2　产品组成391

A3　关键元器件清单393

A4　硬件规格393

A4.1　系统内存地址分配393

A4.2　微处理器资源使用情况393

A4.3　时钟配置394

A4.4　系统配置395

A4.5 GPIO功能选择和中断分配395

A4.6 Flash ROM397

A4.7 SDRAM397

A4.8 LCD模块接口398

A4.9 串口398

A4.10 USB接口398

A4.11 以太网接口399

A4.12 矩阵键盘400

A4.13 SD接口插座400

A4.14 I2S AUDIO接口400

A4.15 PWM蜂鸣器401

A4.16 I2C接口的EEPROM401

A4.17 SPI接口的EEPROM401

A4.18 LED数码管接口402

A4.19 LED指示灯接口402

A4.20 扩展总线接口402

A4.21 电源输入402

附录B　完整的硬件设计原理图403

B1　核心模块电路设计原理图403

B2　底板设计原理图407

B3 LCD板设计原理图415

B4 LED板设计原理图416

B5 NAND Flash板设计原理图417

附录C BOM清单示例418

参考文献420