嵌入式系統體系、原理與設計

在梳理不斷演化和豐富的嵌入式系統理論、方法、技術及應用脈絡的基礎上，本書致力於構建“自架構、原理到設計，由宏觀特性到微觀原理，硬件與軟件、理論與實踐相融合”的多維知識體系。開篇首先以經典的嵌入式系統概念、內涵以及必要的基礎知識作為鋪墊進行導入，進而從嵌入式硬件、嵌入式軟件以及設計與驗證方法三個方面展開論述。其中，硬件部分深入地闡述了嵌入式處理器、存儲器等子系統以及最小系統外圍電路和I/O接口擴展等硬件組件的體系結構、工作原理、設計方法與示例。軟件部分重點闡述了嵌入式軟件系統的組成結構與基礎組件，嵌入式(實時)操作系統共性的功能模型、服務機制、設計方法和典型系統示例，以及嵌入式圖形庫、文件系統、數據庫等典型的嵌入式軟件組件。設計與驗證方法部分則分析和闡述了嵌入式軟件與系統的開發機制以及常見調試、測試、仿真方法的技術原理。全書寫作採用了整體體系貫穿與局部深度剖析相結合、共性機理歸納與設計示例分析相呼應的思路，力求系統、生動又深入淺出地闡述嵌入式系統技術涉及的體系結構、技術原理與設計機制，並在突出技術性、新穎性的同時又注重內容的易讀性和實用性。

本書適合供高等院校計算機科學與技術、物聯網、自動化、電子信息及電氣工程等相關專業的高年級本科生、研究生學習，尤其適合作為“嵌入式(計算機)系統”類課程的授課教材或參考教材，同時也適合作為專業設計人員的技術參考用書。 ^[1] 

第1章概述/1

1.1計算技術延伸/1

1.1.1從開爾文設想到現代計算技術出現/1

1.1.2計算機技術的發展/2

1.1.3通信與網絡技術發展/4

1.2理解嵌入式(計算)系統/6

1.2.1計算裝置的“可嵌入”發展過程/6

1.2.2嵌入式(計算)系統的內涵/8

1.2.3相關術語辨析/10

1.3嵌入式系統的組成與特點/12

1.3.1體系結構與組成/12

1.3.2應用及技術特點/13

1.4發展趨勢/16

1.5知識體系小結/18

習題/19

第2章嵌入式硬件基礎/20

2.1硬件基礎/20

2.1.1器件術語/20

2.1.2電路術語與符號/23

2.1.3基本元件與邏輯/25

2.2嵌入式系統硬件組成/30

2.2.1硬件基本架構模型/30

2.2.2核心邏輯與子系統/32

2.3典型嵌入式系統硬件形式/38

2.3.1基於通用計算機擴展的嵌入式硬件/38

2.3.2基於領域標準模塊集成的嵌入式硬件/39

2.3.3針對具體應用設計的嵌入式硬件/41

2.4硬件設計基本方法/42

2.4.1Protel EDA軟件/42

2.4.2電路設計基本流程/45

2.4.3電磁兼容性問題/47

2.4.4低功耗問題/512.4.5嵌入式硬件設計示例/52

2.5小結/60

習題/61

第3章嵌入式處理器/62

3.1處理器模型與邏輯體系/62

3.1.1處理器基本組成模型/62

3.1.2處理器的基本邏輯體系/65

3.2嵌入式處理器類型及特點/70

3.2.1嵌入式微控制器/70

3.2.2嵌入式微處理器/72

3.2.3數字信號處理器/73

3.2.4可編程邏輯器件/77

3.2.5片上系統/84

3.2.6多核、眾核處理器/88

3.3典型嵌入式處理器體系/95

3.3.1ARM架構/95

3.3.2MIPS架構/110

3.3.3PowerPC架構/115

3.4性能評價指標/124

3.5小結/126

習題/126

第4章嵌入式存儲技術/127

4.1基本存儲體系與模型/127

4.1.1嵌入式系統存儲體系/127

4.1.2存儲器結構模型/128

4.1.3存儲器基本操作流程/129

4.1.4存儲器技術指標/130

4.2存儲器分類及特性/131

4.2.1隨機訪問存儲器/132

4.2.2只讀存儲器/145

4.2.3混合存儲器/150

4.3存儲器測試與驗證/165

4.3.1可讀寫存儲器的測試/166

4.3.2只讀存儲器測試/167

4.4小結/169

習題/169

第5章最小系統外圍電路設計/170

5.1電源電路/170

5.1.1電源電路設計方法/170

5.1.2延伸: 電源管理與低功耗設計/174

5.2復位電路/179

5.2.1上電覆位/179

5.2.2手動復位/184

5.2.3看門狗復位/186

5.2.4軟件復位/187

5.3時鐘電路/191

5.3.1信號源: 振盪電路原理/191

5.3.2多時鐘管理/196

5.3.3延伸: 時鐘管理與低功耗設計/201

5.4電路抖動與消抖/202

5.4.1抖動現象與危害/202

5.4.2優化硬件消除抖動/203

5.4.3軟件消抖方式/205

5.5小結/208

習題/208

第6章接口、總線與網絡擴展/209

6.1通用I/O與串行總線/209

6.1.1GPIO/209

6.1.2SPI/213

6.1.3SDIO/222

6.1.4I2S/IIS/226

6.1.5I2C/IIC/232

6.1.6UART與USART/237

6.2典型工業總線、背板總線及網絡/249

6.2.1CAN總線/249

6.2.2實時工業以太網/259

6.2.3VPX總線/264

6.3無線接口與網絡/274

6.3.1ZigBee/274

6.3.2藍牙/280

6.3.3WiFi/292

6.3.4NFC/295

6.4小結/300

習題/300

第7章嵌入式軟件結構與基礎軟件/302

7.1計算系統的啓動與運行過程/302

7.1.1通用計算機的引導和啓動過程/302

7.1.2嵌入式系統的引導與啓動過程/303

7.2嵌入式軟件體系與結構/305

7.2.1基於裸機的嵌入式軟件/306

7.2.2基於嵌入式操作系統的軟件結構/307

7.3基礎軟件組件/308

7.3.1ROM Monitor/308

7.3.2Boot Loader/313

7.3.3BSP/320

7.3.4虛擬機監控程序/332

7.4小結/339

習題/339

第8章嵌入式操作系統及其服務機制/341

8.1架構與模型/341

8.1.1微內核、超微內核架構/341

8.1.2功能模型/343

8.2服務機制與特性/346

8.2.1基本概念/346

8.2.2關於實時/357

8.2.3內核服務機制/362

8.3典型嵌入式操作系統/379

8.3.1RTX51/379

8.3.2μC/OS/380

8.3.3嵌入式Linux系列/382

8.3.4VxWorks/387

8.3.5Windows嵌入式操作系統/389

8.3.6其他嵌入式操作系統/396

8.4小結/401

習題/402

第9章嵌入式軟件組件/403

9.1嵌入式圖形庫與圖形組件/403

9.1.1μC/GUI與emWin/403

9.1.2NanoX Window/405

9.1.3MiniGUI/407

9.1.4QT/413

9.1.5可編程圖形界面硬件模塊/418

9.2嵌入式文件系統/419

9.2.1JFFS/JFFS2/420

9.2.2Yaffs/Yaffs2/422

9.2.3UBIFS/425

9.2.4只讀文件系統/428

9.2.5RAM文件系統/430

9.3嵌入式數據庫/432

9.3.1SQLite/432

9.3.2Berkeley DB/434

9.3.3eXtremeDB/435

9.4嵌入式網絡協議棧/437

9.5小結/438

習題/438

第10章嵌入式應用軟件設計方法/439

10.1嵌入式軟件典型結構/439

10.1.1輪轉結構/439

10.1.2前後台軟件結構/442

10.1.3函數隊列調度結構/444

10.1.4基於嵌入式操作系統的軟件結構/445

10.2中斷與數據共享問題/447

10.2.1中斷服務程序設計/447

10.2.2消除數據共享問題/451

10.3嵌入式軟件設計機制/458

10.3.1可重入代碼設計/458

10.3.2軟件看門狗方法/462

10.3.3避免頻繁地創建、取消任務/465

10.3.4基於狀態機方法設計軟件邏輯/466

10.3.5FPGA IP核開發流程/466

10.3.6生成可執行的嵌入式軟件/469

10.4軟件工程方法/477

10.4.1模型驅動的開發方法: 從V模型到

Y模型/477

10.4.2軟硬件協同設計/479

10.4.3制定編碼規範/480

10.5小結/482

習題/482

第11章調試、測試與仿真方法/483

11.1嵌入式軟件調試/483

11.1.1基於宿主機的調試/484

11.1.2ROM Monitor軟件調試/486

11.1.3ROM仿真器/487

11.1.4ICE在線仿真器/488

11.1.5JTAG調試/490

11.2嵌入式軟件測試/492

11.2.1基本測試方法與指標/493

11.2.2測試工具的使用/498

11.3系統仿真驗證技術/502

11.3.1計算機仿真方法及其原理/503

11.3.2可視化技術/505

11.4小結/507

習題/507

參考文獻/508

後記/513附路遙先生《個人小結(草稿)》/515