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第1章　嵌入式系统概述1

1.1　嵌入式系统的定义1

1.1.1　从不同的角度定义1

1.1.2　从不同的组织结构定义2

1.2　嵌入式系统的发展历史2

1.2.1　嵌入式系统的分类2

1.2.2　32位嵌入控制系统3

1.3　嵌入式系统的特点3

1.3.1　特点3

1.3.2　嵌入式处理器的共性4

1.4　嵌入式系统的组成4

1.4.1　嵌入式系统的结构及应用4

1.4.2　嵌入式外围设备6

1.4.3　嵌入式软件子系统的结构6

1.5　嵌入式系统的应用6

1.5.1　嵌入式技术在个人电子通信中的应用7

1.5.2　嵌入式系统在信息家电中的应用7

1.5.3　嵌入式技术在交通管理和环境监测中的应用8

1.5.4　嵌入式技术在工业方面的应用8

1.5.5　高性能武器平台的基础8

1.5.6　嵌入式技术在汽车领域中的应用8

1.5.7　计算机系统中的基本硬件设备8

1..5.8　人工智能设备8

1..5.9　家庭智能管理系统8

1.5.10　精确农业8

1.5.11　机器人技术8

1.6　嵌入式系统的发展方向8

1.6.1　硬件8

1.6.2　软件8

1.6.3　嵌入式系统在各行业的发展应用9

1.7　小结10

第2章　嵌入式系统开发过程12

2.1　嵌入式系统设计12

2.2　需求分析13

2.2.1　分析用户的需求13

2.2.2　确定硬件和软件14

2.2.3　检查需求分析的结果14

2.2.4　确定项目的约束条件14

2.2.5　概要设计15

2.3 系统设计15

2.3.1　概要设计内容15

2.3.2　详细设计阶段15

2.3.3　硬件平台简介16

2.4　科研开发16

2.4.1　选择硬件平台处理机的考虑16

2.4.2　选择操作系统17

2.4.3　编程语言的选择17

2.4.4　关于评估板17

2.4.5　关于板级支持包17

2.4.6　软件开发17

2.4.7　文档17

2.5 系统测试18

2.5.1　测试的原因18

2.5.2　测试的时间18

2.5.3　测试的内容18

2.5.4　何时停止测试19

2.5.5　选择测试用例19

2.5.6　实时失败模式19

2.5.7　评估测试的覆盖率19

2.5.8　性能测试19

2.5.9　维护和测试19

2.6　嵌入式系统的开发调试方法20

2.6.1　Monitor方式20

2.6.2　远程调试器与调试内核调试模式20

2.6.3　ROM仿真器21

2.6.4　BDM调试器（片上调试）21

2.6.5　JTAG仿真器21

2.6.6　软件仿真器22

2.6.7　主机的调试22

2.7　小结22

第3章　嵌入式硬件子系统23

3.1　微处理器的发展23

3.1.1　嵌入式处理器的分类23

3.1.2　ARM系列嵌入式处理器体系结构24

3.1.3　ARM内核分类25

3.1.4　ARM处理器的工作模式27

3.1.5　ARM寄存器介绍27

3.1.6　ARM体系结构中的存储系统30

3.2　ARM存储系统30

3.2.1　ARM存储系统概述30

3.2.2　存储管理单元MMU31

3.2.3　存储系统设计32

3.3 ARM的指令系统33

3.3.1 ARM微处理器指令的分类与格式33

3.3.2　指令的条件域34

3.3.3　ARM指令的寻址方式35

3.3.4　Thumb指令及应用37

3.4 基于ARM的嵌入式系统的IO模块介绍37

3.4.1 电源电路设计37

3.4.2　Reset电路设计38

3.4.3　时钟电路设计39

3.4.4　串行接口电路39

3.4.5 以太网接口电路41

3.4.6　USB接口电路43

3.4.7　LCD接口电路44

3.4.8　触摸屏48

3.4.9　键盘49

3.5　嵌入式可编程逻辑器件设计介绍50

3.5.1　可编程逻辑器件50

3.5.2　硬件描述语言57

3.5.3　Altera可编程逻辑器件开发软件60

3.5.4　可编程逻辑器件的设计62

3.6　小结66

第4章 嵌入式软件系统设计67

4.1　嵌入式系统软件概况67

4.1.1　嵌入式系统软件的发展67

4.1.2　嵌入式系统软件的组成67

4.1.3　各部分功能68

4.1.4　嵌入式操作系统70

4.1.5　网络协议栈70

4.1.6　应用软件70

4.1.7　GUI71

4.1.8　嵌入式操作系统运行的必要条件71

4.2　嵌入式系统软件开发过程71

4.2.1　软件开发流程71

4.2.2　基于ARMADS开发平台的软件开发流程71

4.3　嵌入式软件系统的设计方法72

4.3.1　无操作系统的嵌入式软件设计72

4.3.2　基于嵌入式操作系统的软件设计75

4.4　软件的移植76

4.4.1　移植的必要性76

4.4.2　嵌入式软件的移植76

4.5　嵌入式系统传统编程模式79

4.5.1 面向寄存器的编程模式特点80

4.5.2　面向API的编程模式特点80

4.5.3　面向端口的编程模式特点80

4.5.4　传统网络设备开发模式分析80

4.5.5　AnyWhere——面向设备的编程81

4.6　软件组件化设计82

4.7　小结83

第5章 嵌入式RTOS84

5.1　概述84

5.2　操作系统结构84

5.3 嵌入式RTOS85

5.3.1　RTOS基本概念85

5.3.2　实时操作系统的发展过程86

5.3.3　实时操作系统的主要研究方向86

5.3.4　RTOS的基本结构87

5.4 实时操作系统RTOS的功能87

5.4.1　任务管理87

5.4.2　任务间同步和通信87

5.4.3　内存管理88

5.4.4　实时时钟服务88

5.4.5　中断管理服务88

5.4.6　优先级倒置发生的条件和解决途径88

5.4.7　文件管理89

5.4.8　设备管理89

5.4.9　提供良好的人机接口89

5.5　实时操作系统的几个重要评价指标及工作特性89

5.5.1　评价指标89

5.5.2　实时操作系统工作特性91

5.6　RTOS基本术语91

5.6.1　硬实时91

5.6.2　优先级驱动91

5.6.3　优先级反转91

5.6.4　优先级继承91

5.6.5　实时执行体／内核91

5.6.6　任务92

5.6.7　任务上下文92

5.6.8　调度延迟92

5.6.9　可伸缩的体系结构92

5.6.10　中断延迟92

5.6.11　互斥92

5.6.12　抢占92

5.7 系统对RTOS要求92

5.8 基于RTOS的应用系统开发92

5.8.1　初始化与板级支持包93

5.8.2　任务控制94

5.8.3　任务之间的通信95

5.8.4　任务之间的同步98

5.9 如何选择嵌入式RTOS100

5.10 实时操作系统的标准化——μITRON101

5.11 实时系统需求分析、设计方法综述以及实时程序设计103

5.11.1　实时系统设计的一些基本问题103

5.11.2　实时系统设计的一些基本概念104

5.11.3　实时系统分析和设计常用的方法105

5.11.4　实时系统的并发107

5.11.5　面向对象的并发模型概述109

5.11.6　面向对象的实时系统设计方法——OCTOPUS概述110

5.11.7　实时程序设计的一些准则112

5.12　小结114

第6章　嵌入式Linux的软件设计115

6.1　Linux介绍与安装115

6.1.1　什么是Linux操作系统115

6.1.2　Linux操作系统安装115

6.1.3　μCOSII操作系统介绍124

6.2　ADS开发环境介绍124

6.2.1　ADS安装124

6.2.2　烧写电缆与仿真软件安装125

6.2.3　ADS1.2下建立工程127

6.2.4　ADS1.2下仿真、调试130

6.2.5　在ADS环境下移植μCOSII操作系统131

6.2.6　基于μCOSII的串口驱动编写实验138

6.3 BootLoa1er程序说明139

6.3.1　vivi程序架构139

6.3.2　vivi程序流程139

6.3.3　vivi命令使用说明140

6.3.4　vivi的烧写142

6.4　嵌入式Linux的移植142

6.4.1　Linux内核目录结构说明142

6.4.2　内核配置介绍143

6.4.3　交叉编译环境安装147

6.4.4　NFS配置148

6.4.5　Linux下超级终端minicom配置149

6.4.6　利用vivi通过超级终端下载vivi149

6.4.7　制作cramfs文件系统151

6.4.8　Linux内核编译与下载151

6.4.9　编译下载内核153

6.4.10　实验说明154

6.5　嵌入式Linux下的设备驱动程序设计与开发155

6.5.1　Linux系统设备驱动程序概述155

6.5.2　设备驱动程序的file_operations结构156

6.5.3　设备驱动程序编写的具体内容158

6.5.4　将设备驱动加载到Linux内核中159

6.5.5　将设备驱动编译成驱动模块159

6.6　驱动程序编写实例159

6.6.1　Linux的键盘驱动程序的编写159

6.6.2　Linux的LCD驱动程序的编写170

6.7　Linux应用程序的开发181

6.7.1　键盘应用程序181

6.7.2　Linux基本绘图应用程序的编写181

6.8　Linux系统网络设备驱动程序184

6.8.1 网络驱动程序中用到的数据结构186

6.8.2　常用的系统支持188

6.8.3　编写Linux网络驱动程序中需要注意的问题190

6.9　嵌入式Linux下进程间通信191

6.9.1　进程的基本概念和系统的基本数据结构191

6.9.2　管道192

6.9.3　信号197

6.9.4　共享内存205

6.9.5　消息队列210

6.9.6　综合应用实例214

6.9.7　多线程编程222

6.10　嵌入式Linux网络编程231

6.10.1　socket概述231

6.10.2　嵌入式Linux网络高级编程235

6.11 小结242

参考文献243