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第1章 嵌入式系统概论1

1.1　嵌入式系统概述1

1.2　嵌入式系统发展简史2

1.2.1　微处理器的发展2

1.2.2　嵌入式系统的发展3

1.3　嵌入式系统的特点3

1.4　嵌入式系统的基本分类4

1.5　嵌入式系统的基本组成5

1.6　嵌入式处理器7

1.7　嵌入式系统的发展趋势11

1.7.1 嵌入式系统的现状及主要制约因素11

1.7.2　嵌入式系统的发展方向12

1.8　嵌入式系统的相关研究领域12

1.8.1 嵌入式系统的主干学科领域12

1.8.2　与嵌入式系统关系密切的技术领域12

1.9　本章小结14

1.10　习题和思考题14

第2章 可编程逻辑器件与IP核16

2.1　EDA与可编程逻辑器件16

2.1.1 EDA16

2.1.2　硬件描述语言18

2.1.3　可编程逻辑器件19

2.1.4 主流的CPLD/FPGA开发工具22

2.1.5　可编程逻辑器件CPLD/FPGA的设计流程23

2.2　FPGA应用举例25

2.2.1　FPGA应用举例一：16位m序列伪随机信号发生器25

2.2.2　FPGA应用举例二：扩展的凯撒密码加密器29

2.3　系统级芯片33

2.3.1　硅知识产权和知识产权核33

2.3.2　系统芯片33

2.3.3　IP核标准化基础34

2.3.4　IP核形态与优选原则37

2.4　IP核互连与片上总线38

2.4.1　IP核互连的拓扑结构38

2.4.2　片上总线39

2.4.3　片上总线CoreConnect40

2.4.4　片上总线Avalon40

2.4.5　五种片上总线的性能比较41

2.5　低功耗设计的基本原理42

2.5.1　硬件低功耗设计42

2.5.2　软件低功耗设计43

2.6　本章小结44

2.7　习题和思考题44

第3章 嵌入式微处理器技术基础46

3.1 嵌入式微处理器的典型技术46

3.1.1 I/O端口统一编址与特殊功能寄存器46

3.1.2　哈佛结构48

3.1.3　桶型移位器49

3.1.4　正交指令集51

3.1.5　双密度指令集52

3.1.6　看门狗定时器52

3.1.7　边界对准与端序54

3.1.8　地址重映射55

3.1.9　FIFO缓冲寄存器56

3.1.10　主存控制器57

3.2　主流嵌入式微处理器58

3.2.1　ARM系列嵌入式微处理器58

3.2.2　MIPS RISC嵌入式微处理器61

3.2.3　PowerPC系列嵌入式微处理器62

3.3　嵌入式系统调试技术64

3.3.1　指令集模拟器64

3.3.2　ROM仿真器66

3.3.3　实时在线仿真66

3.3.4　片上调试技术与背景调试模式67

3.3.5　基于Angel的调试方案68

3.3.6　边界扫描测试技术和JTAG接口70

3.3.7　Nexus调试标准77

3.3.8　半主机调试方式78

3.4　本章小结79

3.5　习题和思考题79

第4章 ARM处理器的体系结构和指令集81

4.1 ARM体系结构的版本及系列81

4.1.1　ARM处理器的体系结构81

4.1.2　ARM体系结构版本的变种82

4.1.3 ARM体系结构版本的命名规则83

4.1.4　ARM处理器核系列83

4.2　ARM处理器的结构85

4.2.1 ARM处理器的RSIC特征86

4.2.2　流水线86

4.2.3　ARM的工作模式和工作状态90

4.2.4　ARM寄存器的组织92

4.3 ARM存储器的组织95

4.3.1 ARM存储器的数据类型和存储格式95

4.3.2 ARM的存储体系96

4.3.3　片内存储器的用法97

4.3.4　协处理器CP1597

4.3.5　存储管理单元98

4.3.6　保护单元105

4.3.7　ARM处理器的Cache105

4.3.8　快速上下文切换扩展107

4.3.9　写缓存区109

4.4 ARM处理器的片上总线标准AMBA109

4.4.1 AMBA 2.0片上总线的特点110

4.4.2　AMBA 2.0片上总线的主控单元和从动单元110

4.4.3　AMBA 2.0总线的时序111

4.4.4　AMBA 3.0——AXI协议111

4.5　ARM处理器核的典型范例：ARM7TDMI112

4.5.1 复位112

4.5.2 总线周期113

4.5.3　ARM7TDMI处理器的总线优先级115

4.6　ARM处理器的寻址方式和指令系统115

4.6.1 ARM处理器指令系统的主要特征115

4.6.2 ARM指令集的编码格式和语法116

4.6.3　ARM处理器的寻址方式119

4.6.4　ARM指令的分类说明123

4.7 ARM的异常中断处理132

4.7.1 ARM的异常中断响应过程132

4.7.2　从异常中断处理程序返回133

4.8　本章小结135

4.9　习题与思考题136

第5章 ARM汇编语言程序设计138

5.1　ARM汇编语言程序的格式138

5.1.1 预定义寄存器名及内部变量名138

5.1.2　ARM汇编语言程序的语句格式139

5.1.3　ARM汇编语言程序编写规范141

5.1.4　ARM汇编语言指示符142

5.1.5　ARM过程调用标准ATPCS和AAPCS149

5.2　典型ARM汇编语言程序举例151

5.2.1　入门的范例151

5.2.2　基本结构153

5.2.3　典型的ARM汇编程序范例157

5.3　ARM汇编、C和C＋＋混合编程163

5.3.1 内嵌汇编163

5.3.2 C/C＋＋与汇编程序的相互调用165

5.3.3 软中断和半主机方式ARM汇编程序设计169

5.3.4　5级流水线的互锁问题173

5.4　GNU格式的ARM汇编语言程序设计174

5.4.1　GNU格式的ARM汇编语言程序的设计要点174

5.4.2　GNU格式ARM汇编语言程序举例176

5.5　本章小结177

5.6　习题与思考题177

第6章 ARM开发工具180

6.1 ARM开发工具概述180

6.2　ARM映像文件格式180

6.2.1 ELF文件格式181

6.2.2　ARM映像文件的组成183

6.3　ADS的组成与使用191

6.3.1　命令行开发工具191

6.3.2　GUI开发工具196

6.3.3　ADS实用工具198

6.4　用ADS生成应用程序199

6.4.1 生成简单应用程序hello199

6.4.2　生成函数库mathlib202

6.4.3　生成一个在目标板上运行的定时器程序203

6.5 RVDS206

6.5.1　RVDS的组件206

6.5.2　RVDS使用概览207

6.6　GNU交叉工具链208

6.7　本章小结209

6.8　习题与思考题209

第7章 中断、DMA和时间控制211

7.1　嵌入式中断控制器211

7.1.1　嵌入式中断控制器工作原理211

7.1.2 向量中断与非向量中断的入口程序编程示例217

7.1.3　嵌入式中断应用程序举例221

7.2　嵌入式DMA控制器225

7.2.1　S3C44B0X的DMA控制器226

7.2.2　S3C44B0X的DMAC相关控制寄存器228

7.2.3　S3C44B0X的DMA应用程序举例228

7.3　时钟电源管理器、实时时钟和脉宽调制定时器231

7.3.1　S3C44B0X的时钟电源管理器231

7.3.2　S3C2410X的实时时钟233

7.3.3　实时时钟应用程序概要设计案例234

7.3.4　S3C44B0X的脉宽调制定时器238

7.4　本章小结239

7.5　习题与思考题239

第8章 嵌入式存储器和接口技术241

8.1　嵌入式系统常用的半导体存储器241

8.1.1　闪速存储器241

8.1.2　静态存储器和同步动态存储器252

8.2　常用的嵌入式系统总线259

8.2.1　I2C总线259

8.2.2　SPI总线接口262

8.2.3　CAN总线263

8.2.4　工业以太网267

8.2.5　PC-104总线269

8.3　常用的嵌入式系统接口269

8.3.1 UART接口270

8.3.2　通用输入通出接口275

8.3.3　USB277

8.3.4　以太网接口281

8.4　嵌入式系统常用的外部设备290

8.4.1　键盘291

8.4.2　液晶显示器293

8.4.3　触摸屏297

8.4.4　无线接入技术301

8.5　本章小结308

8.6　习题和思考题308

第9章 嵌入式操作系统概论310

9.1 实时系统310

9.1.1　什么是实时系统310

9.1.2　实时系统的属性和指标311

9.1.3　实时系统的分类312

9.2　嵌入式操作系统的特点和分类313

9.2.1 嵌入式操作系统的特点313

9.2.2　嵌入式操作系统分类320

9.3　RTOS常用的调度算法322

9.3.1 基于优先级的调度算法322

9.3.2　时钟驱动调度算法327

9.3.3　基于比例共享的调度算法327

9.3.4　非周期性任务的调度329

9.3.5 临界资源和代码临界区330

9.3.6　优先级反转和对策330

9.4　启动程序Bootloader332

9.4.1　嵌入式系统的启动方式333

9.4.2　Bootloader的程序结构与调试336

9.4.3　Bootloader人机交互接口设计339

9.4.4　常用Bootloader介绍340

9.5　嵌入式操作系统μC/OS-II341

9.5.1　μC/OS-II的主要特点341

9.5.2　μC/OS-II的层次342

9.5.3　μC/OS-II的代码结构342

9.5.4　μC/OS-II的内核346

9.5.5　μC/OS-II的任务调度350

9.5.6　μC/OS-II的任务切换354

9.5.7　μC/OS-II的中断处理355

9.5.8　μC/OS-II的时间管理356

9.5.9　μC/OS-II的任务间通信358

9.5.10　μC/OS-II的存储管理365

9.5.11 μC/OS-II的移植366

9.6　本章小结374

9.7　习题和思考题374

附录 术语和缩略语表376

参考文献381