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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

1.2 嵌入式系统的组成2

1.3 嵌入式系统的硬件和软件特征4

1.3.1 嵌入式系统硬件特征4

1.3.2 嵌入式系统软件特征5

1.4 嵌入式系统的分类6

1.5 嵌入式系统的设计流程7

1.6 嵌入式系统的应用领域9

1.7 嵌入式系统的发展趋势11

第2章 嵌入式系统的硬件构成15

2.1 概述15

2.2 嵌入式微控制器16

2.3 嵌入式DSP处理器16

2.4 嵌入式微处理器17

2.4.1 RISC架构和CISC架构18

2.4.2 ARM RISC架构的微处理器19

2.4.3 ARM RISC架构的微处理器系列23

2.4.4 MIPS RISC架构的微处理器27

2.4.5 PowerPC RISC架构的微处理器27

2.4.6 其他嵌入式微处理器28

2.4.7 多核处理器30

2.4.8 嵌入式处理器的选择31

2.5 片上系统SOC33

2.6 存储器35

2.6.1 易失性存储器35

2.6.2 非易失性存储器36

2.6.3 存储卡41

2.6.4 硬盘存储器45

2.7 输入/输出设备48

2.8 接口技术48

2.8.1 并口49

2.8.2 串口49

2.8.3 红外线接口51

2.8.4 USB52

2.8.5 IEEE139453

2.9 总线54

2.9.1 ISA54

2.9.2 PCI55

2.9.3 PC104总线56

第3章 ARM微处理器的编程模型与指令集57

3.1 ARM微处理器的工作状态57

3.2 ARM体系结构的存储器格式57

3.3 指令长度及数据类型58

3.4 处理器模式59

3.5 寄存器组织59

3.5.1 ARM状态下的寄存器组织60

3.5.2 Thumb状态下的寄存器组织63

3.5.3 程序状态寄存器64

3.6 异常67

3.6.1 ARM体系结构所支持的异常类型67

3.6.2 异常优先级68

3.6.3 异常向量68

3.6.4 对异常的响应68

3.6.5 从异常返回69

3.6.6 各类异常的具体描述70

3.6.7 应用程序中的异常处理72

3.7 ARM微处理器的寻址方式73

3.8 ARM微处理器的指令集76

3.8.1 指令分类76

3.8.2 指令格式77

3.8.3 指令的条件码79

3.8.4 ARM指令集详细描述80

3.8.5 Thumb指令及应用96

第4章 ARM汇编语言程序设计98

4.1 伪指令98

4.1.1 符号定义伪指令98

4.1.2 数据定义伪指令101

4.1.3 汇编控制伪指令106

4.1.4 汇编报告伪指令108

4.1.5 其他伪指令110

4.1.6 ARM伪指令116

4.1.7 Thumb伪指令117

4.2 ARM汇编语言程序设计117

4.2.1 汇编语言文件格式和语句格式117

4.2.2 汇编语言常用符号118

4.2.3 汇编语言的表达式和运算符121

4.2.4 汇编语言的段定义和宏定义124

4.2.5 汇编语言程序设计示例126

4.3 汇编编译器armasm129

4.4 汇编语言与C/C＋＋的混合编程132

4.4.1 内嵌汇编器132

4.4.2 内嵌的汇编器和armasm的区别134

4.4.3 在C/C＋＋程序中使用内嵌的汇编指令135

4.4.4 从汇编程序中访问C程序变量137

4.4.5 汇编程序、C程序以及C＋＋程序的相互调用138

第5章 ARM硬件系统的设计实现146

5.1 S3C44B0X系统设计概述146

5.2 S3C44B0X概述147

5.2.1 S3C44B0X的引脚分布及信号描述147

5.2.2 S3C44B0X的特殊功能寄存器152

5.3 系统的硬件选型与单元电路设计159

5.3.1 电源电路159

5.3.2 晶振电路与复位电路159

5.3.3 Flash存储器接口电路161

5.3.4 SDRAM接口电路164

5.3.5 串行接口电路167

5.3.6 矩阵键盘169

5.3.7 I2S音频接口170

5.3.8 DAC接口170

5.3.9 I2C接口171

5.3.10 JTAG接口电路172

5.3.11 I0M以太网接口电路173

5.3.12 USB接口174

5.3.13 通用I/O接口电路175

5.3.14 外部中断176

5.3.15 步进电机176

5.3.16 LCD176

5.3.17 CAN总线177

5.3.18 触摸屏177

第6章 嵌入式系统的多媒体处理178

6.1 数字音频技术178

6.1.1 采样频率和采样精度178

6.1.2 音频ADC和DAC178

6.1.3 音频接口180

6.1.4 音频信号处理技术181

6.1.5 数字音频编码183

6.1.6 多媒体播放处理器186

6.2 数字视频技术186

6.2.1 视频的系统级描述186

6.2.2 视频源188

6.2.3 图像传感器的连接188

6.2.4 图像通道189

6.2.5 机械反馈控制189

6.2.6 图像处理190

6.2.7 数字视频显示191

6.2.8 数字视频编码193

6.2.9 数字视频开发平台194

6.3 触摸屏技术195

6.4 手写识别技术197

6.5 语音识别技术198

6.6 指纹识别技术200

第7章 嵌入式网络与协议栈203

7.1 概述203

7.2 嵌入式系统的分布式应用204

7.2.1 分布式系统的定义204

7.2.2 分布式系统与单处理器系统的比较204

7.2.3 分布式嵌入式系统的结构205

7.2.4 网络抽象模型206

7.3 分布式工业控制总线网络208

7.3.1 I2C总线208

7.3.2 CAN总线209

7.3.3 FF总线209

7.4 嵌入式系统网络构建212

7.4.1 选择协议栈212

7.4.2 选择网络技术212

7.4.3 选择现成的实现方案213

7.4.4 使用标准的应用协议213

7.4.5 确定网络体系结构214

7.5 嵌入式系统Internet接入技术215

7.5.1 嵌入式Internet技术215

7.5.2 嵌入式系统的Internet网络化216

7.5.3 嵌入式TCP/IP协议216

7.6 嵌入式系统的无线接入技术219

7.6.1 无线局域网219

7.6.2 IEEE802.11220

7.6.3 蓝牙技术224

7.6.4 无线局域网技术比较227

7.7 无线传感器网络技术228

7.7.1 无线传感器网络的应用范围228

7.7.2 无线传感器网络体系结构229

7.7.3 无线传感器网络协议栈231

7.7.4 基于超宽带冲激无线电技术的无线传感器网络233

7.7.5 超宽带无线传感器网络的发展趋势234

第8章 嵌入式系统软件设计236

8.1 嵌入式软件体系结构236

8.1.1 概述.236

8.1.2 嵌入式软件的分类237

8.1.3 无操作系统的嵌入式软件体系结构239

8.1.4 有操作系统的嵌入式软件体系结构241

8.1.5 嵌入式软件体系结构的选择242

8.2 嵌入式软件设计方法242

8.2.1 瀑布模式开发过程243

8.2.2 V模式开发过程244

8.2.3 基于硬件抽象层的系统软件设计方法245

8.2.4 增加操作系统抽象层的系统软件设计方法247

8.3 板级支持包技术249

8.3.1 板级支持包的特点249

8.3.2 BSP的作用与功能250

8.3.3 常见的BSP实现方式和开发方法251

8.3.4 主流嵌入式操作系统及其BSP技术253

8.3.5 嵌入式系统的硬件初始化257

8.3.6 BSP与PC中BIOS硬件初始化的比较258

8.4 嵌入式系统的引导技术259

8.4.1 Boot Loader简介259

8.4.2 嵌入式Linux的Boot Loader设计思想261

8.5 嵌入式系统的设备驱动程序263

8.6 嵌入式系统的高级编程语言264

8.7 面向对象的嵌入式技术265

8.8 嵌入式数据库技术266

第9章 操作系统基础269

9.1 操作系统的功能269

9.2 操作系统的发展史270

9.3 内存管理271

9.3.1 内存管理功能271

9.3.2 内存分割271

9.3.3 虚拟内存273

9.4 进程与中断管理275

9.4.1 进程描述与控制275

9.4.2 并发控制：互斥与同步280

9.4.3 并发控制：死锁处理286

9.4.4 中断及中断处理288

9.5 调度机制290

9.5.1 调度类型290

9.5.2 实时调度292

9.6 I/O设备294

9.6.1 I/O设备描述参数295

9.6.2 I/O技术的演变295

9.6.3 I/O设备逻辑描述296

9.6.4 I/O缓冲技术296

9.7 文件管理297

第10章 嵌入式操作系统299

10.1 嵌入式操作系统概述299

10.1.1 嵌入式操作系统的组成299

10.1.2 嵌入式操作系统的特点300

10.1.3 嵌入式操作系统的分类301

10.1.4 嵌入式实时操作系统301

10.2 嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ304

10.2.1 μC/OS-Ⅱ的内核结构305

10.2.2 μC/OS-Ⅱ的临界区305

10.2.3 μC/OS-Ⅱ的任务管理305

10.2.4 μC/OS-Ⅱ的时钟节拍309

10.2.5 μC/OS-Ⅱ的时间管理309

10.2.6 μC/OS-Ⅱ的内存管理310

10.2.7 μC/OS-Ⅱ的初始化与启动310

10.2.8 μC/OS-Ⅱ的移植条件310

10.3 嵌入式操作系统Windows CE312

10.3.1 Windows CE发展简史312

10.3.2 Windows CE的功能313

10.3.3 Windows CE的应用领域314

10.3.4 Windows CE的系统结构315

10.3.5 Windows CE操作系统的核心特性315

10.3.6 应用系统基础设施317

10.3.7 嵌入式系统支持318

10.4 嵌入式Linux系统319

10.4.1 嵌入式Linux系统的特点319

10.4.2 嵌入式Linux的发展320

10.4.3 嵌入式Linux开发流程321

10.4.4 嵌入式Linux内核设计323

10.4.5 嵌入式Linux文件系统设计332

10.4.6 Linux设备驱动339

10.5 其他嵌入式操作系统342

10.6 嵌入式操作系统的发展趋势346

第11章 嵌入式图形用户界面设计348

11.1 人机交互界面设计概述348

11.1.1 人机交互技术的内涵348

11.1.2 用户界面的设计原则349

11.1.3 用户界面的设计步骤350

11.1.4 用户界面的评价350

11.2 图形用户界面概述350

11.2.1 图形用户界面的基本特征351

11.2.2 图形用户界面的结构模型352

11.2.3 图形用户界面的实现352

11.3 图形用户界面与嵌入式系统354

11.3.1 嵌入式图形用户界面的特点354

11.3.2 嵌入式图形用户界面的开发方案354

11.3.3 嵌入式图形用户界面的体系结构355

11.4 嵌入式图形用户界面的主要技术分析357

11.4.1 消息机制和事件驱动357

11.4.2 屏幕管理技术359

11.5 几种嵌入式GUI简介361

第12章 嵌入式系统开发环境和调试方法365

12.1 嵌入式系统软硬件协同设计流程365

12.2 交叉编译技术366

12.2.1 交叉编译的基本原理366

12.2.2 GCC交叉编译器编译流程368

12.2.3 Linux环境下的GCC交叉编译器372

12.2.4 交叉编译工具链准备373

12.3 嵌入式系统调试方法374

12.3.1 Host-Target开发调试模式374

12.3.2 嵌入式系统常用的调试跟踪技术374

12.3.3 嵌入式系统多核调试技术377

12.4 嵌入式Linux的开发和调试方法380

12.4.1 Linux内核的调试381

12.4.2 Linux应用程序的调试383

12.5 WindowsCE的开发工具383

第13章 嵌入式系统的低功耗设计386

13.1 概述386

13.1.1 CMOS电路功耗的特点386

13.1.2 CMOS集成电路的功耗组成387

13.2 基于硬件的低功耗设计389

13.2.1 处理器的选择389

13.2.2 总线低功耗设计390

13.2.3 接口驱动电路的低功耗设计390

13.2.4 选取低功耗的电路形式391

13.2.5 单电源和低电压供电391

13.2.6 分区/分时供电技术391

13.2.7 1/O引脚供电392

13.3 电源的低功耗设计392

13.3.1 电源管理技术392

13.3.2 常用节电方法396

13.3.3 智能电池技术397

13.4 基于软件的低功耗设计400

13.4.1 嵌入式软件功耗估计的方法401

13.4.2 软件低功耗设计的措施402

第14章 嵌入式系统的可靠性设计404

14.1 概述404

14.2 可靠性涉及的性能指标405

14.3 嵌入式系统可靠性设计方法407

14.3.1 嵌入式系统硬件可靠性设计408

14.3.2 常用元器件的可靠性分析410

14.3.3 提高嵌入式系统可靠性的具体措施410

14.4 嵌入式软件的可靠性设计412

14.4.1 软件可靠性与硬件可靠性的区别412

14.4.2 影响软件可靠性的因素413

14.4.3 提高软件可靠性的方法和技术413

14.4.4 软件产品的可靠性评估415

14.4.5 嵌入式软件的可靠性设计417

14.5 可靠性的管理419

第15章 嵌入式系统的电磁兼容性设计421

15.1 电磁兼容的基本原理421

15.1.1 电磁兼容的定义421

15.1.2 电磁兼容的常用术语421

15.1.3 常见的电磁兼容性问题422

15.1.4 电磁环境特性423

15.1.5 电磁耦合的途径424

15.2 提高电磁兼容性的措施425

15.2.1 消除地电位不均匀425

15.2.2 接地散热器的处理425

15.2.3 时钟源的电源滤波方法426

15.2.4 集成电路的辐射考虑427

15.2.5 旁路和去耦427

15.3 信号完整性与串扰428

15.3.1 信号完整性要求428

15.3.2 反射和衰减振荡429

15.3.3 计算电长走线430

15.3.4 串扰431

15.4 基于电磁兼容技术的多层PCB布线设计431

15.4.1 20-H法则和3-W法则431

15.4.2 PCB的合理分层和布局原则432

15.5 接地434

15.5.1 接地种类435

15.5.2 接地方式436

15.5.3 接地电阻438

15.5.4 接地布局438

15.6 电磁兼容性的其他措施438

参考文献440