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第1章 嵌入式系统概论1

1.1 无所不在的嵌入式系统1

1.1.1 采样控制系统2

1.1.2 飞行控制系统3

1.1.3 信息家电3

1.1.4 实时信号处理系统4

1.1.5 汽车电子产品5

1.1.6 普适计算6

1.1.7 仿真测试7

1.2 嵌入式系统定义8

1.2.1 计算机工业的分类8

1.2.2 嵌入式系统8

1.2.3 实时系统9

1.2.4 嵌入式系统的实时性10

1.3 嵌入式系统的特征10

1.3.1 技术密集11

1.3.2 专用紧凑11

1.3.3 安全可靠12

1.3.4 多种多样12

1.3.5 及时响应12

1.3.6 成本敏感13

1.3.7 开发困难13

1.3.8 不可垄断13

1.3.9 其他14

1.4 嵌入式系统的发展历程14

1.5 嵌入式系统的分类17

1.5.1 按微处理器位数划分17

1.5.2 按应用类别划分17

1.5.3 按系统的实时性划分17

1.5.4 按工业界应用的复杂程度划分18

1.6 嵌入式系统基本结构19

1.6.1 嵌入式硬件组成19

1.6.2 嵌入式软件组成20

1.7 嵌入式系统的设计要求21

1.8 嵌入式应用开发22

1.8.1 嵌入式系统开发过程22

1.8.2 嵌入式系统设计23

1.8.3 嵌入式编程24

1.8.4 嵌入式系统测试25

1.8.5 嵌入式软件的重用26

1.8.6 嵌入式软件开发平台26

小结27

习题28

参考文献28

第2章 ARM嵌入式微处理器29

2.1 嵌入式微处理器概述29

2.1.1 嵌入式硬件系统基本架构29

2.1.2 嵌入式微处理器的体系结构30

2.1.3 嵌入式微处理器的分类32

2.2 ARM嵌入式微处理器体系结构34

2.2.1 ARM920T的基本结构34

2.2.2 RISC体系结构35

2.2.3 AMBA总线35

2.2.4 工作状态36

2.2.5 微处理器模式36

2.2.6 寄存器结构37

2.2.7 存储系统39

2.2.8 流水线结构40

2.2.9 中断和异常41

2.3 ARM指令系统42

2.3.1 ARM指令集概述42

2.3.2 ARM指令寻址方式44

2.3.3 ARM指令集46

2.3.4 Thumb指令58

2.4 基于ARM9的S3C2410X微处理器58

2.4.1 存储控制器59

2.4.2 NAND Flash控制器61

2.4.3 时钟和电源管理61

2.4.4 I/O端口65

2.4.5 PWM定时器66

2.4.6 通用异步收发器69

2.4.7 中断控制器71

2.4.8 直接存储器存取75

2.4.9 LCD控制器76

小结77

思考题77

参考文献78

第3章 基于ARM的嵌入式系统外围硬件设计79

3.1 嵌入式微处理器系统硬件设计80

3.1.1 芯片选型原则80

3.1.2 电源模块设计81

3.1.3 时钟模块设计82

3.1.4 复位电路设计83

3.2 嵌入式存储器系统设计84

3.2.1 Flash接口电路设计84

3.2.2 SDRAM接口电路设计88

3.3 其他接口设计91

3.3.1 UART串行接口91

3.3.2 USB接口电路设计93

3.3.3 JTAG电路以及调试方式94

小结96

思考题96

参考文献97

第4章 嵌入式软件体系结构98

4.1 软件体系结构的基本概念98

4.2 软件体系结构的作用99

4.2.1 系统设计计划99

4.2.2 抽象管理框架99

4.2.3 特点100

4.3 软件体系结构的发展历程100

4.4 通用软件体系结构101

4.4.1 整体结构101

4.4.2 层次结构102

4.4.3 客户机／服务器结构103

4.5 轮询系统104

4.5.1 程序结构104

4.5.2 调度104

4.5.3 典型系统106

4.6 前后台系统107

4.6.1 前台系统的应用107

4.6.2 运行方式107

4.6.3 系统性能108

4.6.4 前后台交互109

4.6.5 典型系统109

4.7 实时多任务系统110

4.7.1 相关概念110

4.7.2 实时多任务系统与RTOS111

4.7.3 实时多任务系统的体系结构111

4.7.4 系统性能111

4.7.5 典型系统112

4.8 多处理器系统113

4.8.1 多处理器系统的分类113

4.8.2 多处理器系统的应用114

4.8.3 系统拓扑结构114

4.8.4 系统性能115

4.8.5 典型系统115

小结116

思考题116

参考文献117

第5章 嵌入式实时操作系统118

5.1 什么是嵌入式操作系统118

5.2 关键术语119

5.3 RTOS的特点121

5.3.1 及时性121

5.3.2 可确定性121

5.3.3 并发性122

5.3.4 高可信性122

5.3.5 安全性122

5.3.6 可嵌入性122

5.3.7 可剪裁性123

5.3.8 可扩展性123

5.4 RTOS的体系结构123

5.4.1 整体结构123

5.4.2 层次结构124

5.4.3 微内核结构125

5.4.4 构件化结构126

5.4.5 其他体系结构127

5.5 RTOS的分类128

5.6 实时内核129

5.6.1 任务管理129

5.6.2 任务间的通信138

5.6.3 中断139

5.6.4 时钟管理141

5.6.5 内存管理142

5.7 RTOS扩展组件143

5.7.1 嵌入式GUI143

5.7.2 嵌入式网络147

5.7.3 嵌入式文件系统154

5.7.4 嵌入式数据库157

5.7.5 流媒体支持160

5.7.6 功耗管理165

5.7.7 用户接口168

5.8 典型的RTOS169

5.8.1 VxWorks170

5.8.2 QNX171

5.8.3 Windows CE172

5.8.4 Embedded Linux173

5.8.5 Symbian OS174

5.8.6 TinyOS175

5.8.7 DeltaOS176

5.9 RTOS发展趋势177

小结178

思考题179

参考文献180

第6章 板级支持包与系统引导182

6.1 嵌入式软件运行过程182

6.2 板级支持包183

6.2.1 BSP的概念184

6.2.2 BSP中的驱动程序184

6.2.3 BSP和BIOS的区别185

6.2.4 RTOS的BSP186

6.3 RTOS的引导模式188

6.3.1 需要Boot Loader的引导模式188

6.3.2 不需要Boot Loader的引导模式188

6.3.3 操作系统引导实例189

6.4 Boot Loader192

6.4.1 Boot Loader概念192

6.4.2 Boot Loader的开发192

小结200

思考题200

参考文献200

第7章 嵌入式软件设计方法201

7.1 嵌入式软件工程概述201

7.1.1 嵌入式软件的生命周期201

7.1.2 并发任务203

7.1.3 信息隐藏203

7.2 嵌入式软件的分类204

7.3 嵌入式软件的特点205

7.3.1 实时性205

7.3.2 异步事件的并发处理205

7.3.3 应用／操作系统一体化205

7.3.4 应用可固化206

7.3.5 实用性206

7.3.6 适用性206

7.3.7 鲁棒性206

7.3.8 够用即可206

7.3.9 安全性207

7.4 嵌入式软件设计方法207

7.4.1 嵌入式软件开发过程207

7.4.2 常规设计方法214

7.4.3 实时多任务设计方法222

7.4.4 一些新的设计方法237

7.5 嵌入式软件设计的一些基本原则241

7.5.1 尽量简单241

7.5.2 使用静态表242

7.5.3 尽量减少动态性244

7.5.4 恰当的任务数目245

7.5.5 避免使用复杂算法245

7.5.6 使用有限状态自动机辅助设计246

7.5.7 面向对象设计246

小结247

思考题247

参考文献247

第8章 嵌入式软件编程248

8.1 概述248

8.2 嵌入式程序设计语言249

8.3 汇编语言250

8.3.1 GAS的基本风格250

8.3.2 与AT＆T的差异253

8.4 C语言254

8.4.1 gcc扩展255

8.4.2 C51扩展259

8.4.3 浮点运算支持268

8.5 C语言与汇编语言混合编程269

8.5.1 在线汇编269

8.5.2 C语言与汇编语言的混合调用271

8.6 嵌入式Java273

8.6.1 Java发展概况273

8.6.2 Java技术框架274

8.6.3 嵌入式Java程序设计276

8.6.4 嵌入式Java的相关问题278

8.6.5 嵌入式Java的典型应用279

8.7 编程规范280

8.7.1 模块划分和文件组织281

8.7.2 源文件281

8.7.3 头文件284

8.7.4 程序书写规范284

8.7.5 数据类型285

8.7.6 命名方法286

8.7.7 表达式和基本语句287

8.7.8 内存使用288

小结289

思考题289

参考文献289

第9章 嵌入式软件开发环境291

9.1 概述291

9.2 交叉开发技术292

9.2.1 常用的交叉开发方法292

9.2.2 交叉开发过程297

9.2.3 交叉开发环境299

9.3 仿真开发技术300

9.3.1 仿真开发的分类301

9.3.2 仿真开发过程303

9.3.3 仿真开发环境304

9.3.4 仿真开发环境的特点305

9.4 开发环境提供的主要工具306

9.4.1 项目管理306

9.4.2 配置剪裁306

9.4.3 源码编辑307

9.4.4 目标代码编译生成307

9.4.5 交叉调试309

9.4.6 测试工具313

9.4.7 版本管理工具315

9.5 GNU的嵌入式开发环境317

9.5.1 gcc编译器317

9.5.2 make321

9.5.3 gdb调试器325

9.6 Wind River System公司开发的集成开发环境332

9.7 仿真开发工具ARMulator335

小结336

思考题337

参考文献337

第10章 嵌入式系统可靠性测试与评估339

10.1 软件测试与可靠性评估339

10.1.1 软件测试相关概念339

10.1.2 软件可靠性评估相关概念341

10.1.3 软件测试与软件可靠性评估的关系345

10.2 嵌入式软件测试345

10.2.1 嵌入式软件的测试阶段346

10.2.2 嵌入式软件测试工具分类346

10.2.3 有限状态机测试模型347

10.2.4 CodeTEST测试工具348

10.3 软件可靠性测试351

10.3.1 软件可靠性测试概述351

10.3.2 软件可靠性测试的过程352

10.3.3 软件可靠性测试方法353

10.4 嵌入式软件的可靠性测试与评估355

10.4.1 嵌入式软件可靠性测试特点355

10.4.2 嵌入式软件可靠性测试方法356

10.4.3 嵌入式实时软件可靠性评估358

10.5 嵌入式系统可靠性评价360

10.6 嵌入式系统可靠性相关技术的进展361

小结362

思考题362

参考文献362

第11章 前沿技术简介364

11.1 SoC技术364

11.1.1 SoC的产生364

11.1.2 SoC的定义365

11.1.3 IP核的概念与分类366

11.1.4 SoC设计特点368

11.1.5 SoC设计方法369

11.1.6 SoC验证方法374

11.1.7 SoPC技术379

11.1.8 SoC的挑战和发展趋势381

11.2 嵌入式高可信计算技术383

11.2.1 可信的起源与内涵383

11.2.2 可信性的基本特征属性384

11.2.3 导致可信性降低的主要因素385

11.2.4 防危性、可靠性与安全性的概念及三者之间的异同387

11.2.5 现有的高可信保障技术389

11.2.6 防危核与防危壳技术391

小结393

思考题393

参考文献394