嵌入式系統設計與開發

本書系統地介紹了嵌入式軟/硬件系統的組成、工作原理、設計流程和方法。全書共10章，主要內容包括嵌入式系統設計基礎、嵌入式系統的設計方法、ARM體系結構及指令系統、基於S3C2410的硬件電路設計、嵌入式Linux操作系統、嵌入式Linux系統的Boot Loader設計、嵌入式Linux程序設計基礎、嵌入式Linux系統的驅動開發、嵌入式網絡程序設計和嵌入式Linux圖形用户界面編程等。

本書可作為高等院校電子與通信類專業的教材，也可作為電子與通信領域的科研及工程技術人員的參考書。

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第1章 嵌入式系統設計基礎 1

1.1 嵌入式系統簡介 1

1.1.1 現代計算機的發展歷程 1

1.1.2 嵌入式系統的定義和特點 2

1.1.3 嵌入式系統的組成 2

1.1.4 嵌入式系統的應用模式 4

1.1.5 嵌入式系統的現狀和發展方向 4

1.2 嵌入式處理器 5

1.2.1 嵌入式處理器的分類 5

1.2.2 ARM微處理器 7

1.2.3 PowerPC、MIPS及X86架構 8

1.3 嵌入式操作系統 9

1.3.1 嵌入式操作系統的概念和分類 9

1.3.2 嵌入式操作系統的特點 11

1.3.3 典型嵌入式操作系統 12

練習題 14

第2章 嵌入式系統的設計方法 16

2.1 嵌入式系統的層次結構 16

2.1.1 硬件層 17

2.1.2 中間層 17

2.1.3 軟件層 18

2.1.4 功能層 18

2.2 嵌入式系統的設計流程 19

2.2.1 需求分析 19

2.2.2 規格説明 20

2.2.3 體系結構設計 21

2.2.4 軟/硬件構件設計 21

2.2.5 系統集成 22

2.3 嵌入式系統設計流程模型 23

2.3.1 瀑布模型 23

2.3.2 逐步求精模型 23

2.3.3 螺旋模型 24

2.3.4 其他模型 25

2.4 嵌入式系統的調試與測試 26

2.4.1 嵌入式系統開發的輔助工具 26

2.4.2 嵌入式系統的調試 27

2.4.3 嵌入式系統的測試 28

練習題 30

第3章 ARM體系結構及指令系統 31

3.1 ARM微處理器的體系結構 31

3.1.1 ARM指令集體系結構的版本及變種 31

3.1.2 ARM微處理器系列產品分類及性能 33

3.1.3 ARM微處理器體系結構 35

3.1.4 ARM體系的異常中斷 40 ^[2] 

3.2 指令系統 42

3.2.1 ARM指令編碼格式與條件碼 42

3.2.2 ARM指令集的尋址方式 43

3.2.3 ARM指令系統的分類 45

3.2.4 Thumb指令 49

3.3 基於ARM體系的彙編語言程序設計 50

3.3.1 ARM彙編器所支持的偽指令 50

3.3.2 彙編語言的語句格式 52

3.3.3 彙編語言的程序結構及子程序調用 54

3.3.4 ARM集成開發環境ADS的使用 59

練習題 65

第4章 基於S3C2410的硬件電路設計 66

4.1 基於微處理器的嵌入式系統的硬件設計 66

4.1.1 微處理器芯片選型的一般原則 66

4.1.2 多路時鐘電路的設計 68

4.1.3 電源電路的設計 69

4.1.4 系統復位電路的設計 72

4.2 存儲系統的分析與設計 73

4.2.1 存儲器的分類 74

4.2.2 S3C2410存儲系統的構成分析 76

4.2.3 S3C2410存儲器系統的設計 78

4.3 通用I/O接口的設計 85

4.3.1 中斷接口概述 85

4.3.2 RS-232-C串行接口的設計 89

4.3.3 USB接口電路的設計 91

4.3.4 JTAG接口 91

4.3.5 A/D轉換接口 93

4.3.6 以太網接口 93

4.4 人機交互接口 95

4.4.1 顯示接口 95

4.4.2 觸摸屏接口 98

練習題 99

第5章 嵌入式Linux操作系統 100

5.1 Linux及其應用 100

5.1.1 Linux與Unix和GNU 100

5.1.2 Linux的特點 102

5.1.3 Linux的發展及應用 104

5.2 嵌入式Linux內核 105

5.2.1 嵌入式Linux的內核特徵 105

5.2.2 進程管理 106

5.2.3 內存管理 108

5.2.4 文件系統管理 109

5.2.5 設備管理 110

5.2.6 進程間通信機制 111 ^[2] 

5.3 嵌入式Linux文件系統 113

5.3.1 嵌入式文件系統介紹 113

5.3.2 Linux文件系統概述 113

5.3.3 嵌入式Linux常用文件系統 113

5.3.4 嵌入式Linux文件系統框架和特性 115

5.4 典型嵌入式Linux系統 117

5.4.1 μCLinux 117

5.4.2 RT-Linux 117

5.4.3 MontaVista Linux 118

5.4.4 RTAI 118

練習題 119

第6章 嵌入式Linux系統的Boot Loader設計 120

6.1 Boot Loader的基本概念 120

6.1.1 Boot Loader所支持的CPU和嵌入式板 120

6.1.2 Boot Loader的安裝媒介 120

6.1.3 用於控制Boot Loader的設備或機制 121

6.1.4 Boot Loader的啓動過程 121

6.1.5 Boot Loader的操作模式 121

6.1.6 Boot Loader與主機之間的文件傳輸協議 121

6.2 基於S3C2410開發板的Boot Loader的具體實現 122

6.2.1 系統啓動流程的設計 122

6.2.2 Boot Loader的具體實現 123

練習題 130

第7章 嵌入式Linux程序設計基礎 131

7.1 嵌入式Linux開發基礎 131

7.1.1 嵌入式Linux開發步驟 131

7.1.2 嵌入式Linux的安裝 131

7.1.3 開發工具的配置 136

7.2 Linux的常用工具 137

7.2.1 Shell編程 137

7.2.2 常用Shell命令 139

7.2.3 Shell編程實例 145

7.2.4 程序編輯器 148

7.3 嵌入式Linux操作系統的開發工具 151

7.3.1 編譯器GCC 151

7.3.2 Makefile 154

7.3.3 調試器GDB 157

7.3.4 二進制代碼工具 159

7.4 交叉開發環境 159

7.4.1 交叉開發環境介紹 159

7.4.2 應用程序的遠程交叉調試 161

練習題 163

第8章 嵌入式Linux系統的驅動開發 164

8.1 Linux下的設備驅動程序簡介 164

8.1.1 設備驅動程序的概念 164

8.1.2 驅動設備的分類 165

8.1.3 設備文件 165

8.1.4 主設備號和次設備號 166

8.1.5 Linux設備驅動程序結構 166 ^[2] 

8.2 設備驅動程序的開發過程 168

8.2.1 模塊化驅動程序設計 168

8.2.2 字符設備註冊和初始化 169

8.2.3 中斷管理 170

8.2.4 設備驅動開發的基本函數 171

8.3 串口驅動程序設計 172

8.3.1 終端設備和控制枱 172

8.3.2 Linux串口驅動程序分析 173

8.4 LCD驅動程序設計分析 176

8.4.1 LCD控制器 176

8.4.2 framebuffer設備驅動程序分析 176

8.4.3 LCD驅動開發的主要工作 178

8.5 中斷處理 181

8.5.1 中斷程序分析 181

8.5.2 一個簡單的中斷處理程序 182

練習題 183

第9章 嵌入式網絡程序設計 184

9.1 嵌入式以太網基礎知識 184

9.1.1 以太網介紹及其嵌入式應用 184

9.1.2 嵌入式系統中主要處理的網絡協議 187

9.2 以太網接口設計 188

9.2.1 網絡設備驅動程序基本結構及功能 188

9.2.2 以太網控制器CS8900A 190

9.2.3 基於CS8900A的網絡驅動程序實例 193

9.3 Linux網絡編程實現 202

9.3.1 socket基本函數 202

9.3.2 TCP編程實例 216

練習題 233

第10章 嵌入式Linux圖形用户界面編程 234

10.1 Linux圖形開發基礎 234

10.1.1 GUI的一般架構 234

10.1.2 嵌入式GUI底層支持庫 235

10.1.3 嵌入式GUI高級函數庫 237

10.2 嵌入式Linux圖形用户界面簡介 238

10.2.1 Qt/Embedded 238

10.2.2 MicroWindows 239

10.2.3 MiniGUI 239

10.2.4 OpenGUI 240

10.3 Qt/Embedded嵌入式圖形開發基礎 240

10.3.1 Qt/Embedded概述 240

10.3.2 創建Qt/Embedded開發環境 244

10.3.3 Qt/Embedded的使用 245

10.3.4 開發實例：基於PC的簡單程序 255

練習題 256

參考文獻 257 ^[2]