嵌入式系統原理與設計

所属分类:計算機組織與體系結構  
出版时间:2010-9   出版时间:吳國偉、徐子川、姚琳、 郭禾 機械工業出版社 (2010-09出版)   作者:吳國偉 等 著   页数:299  

前言

嵌入式技術是在自動化和計算機技術基礎上發展而來,是計算機發展的一個分支。嵌入式系統的應用無處不在,尤其體現于信息家電、汽車電子、消費類電子、航空航天等應用領域。 伴隨著嵌入式技術的發展,國內外各高校陸續開設了“嵌入式系統原理與設計”的相關課程,介紹微控制器與微處理器的結構、原理及應用。然而,現有嵌入式教材,有的偏重于結構、原理的闡述,比較抽象,學生難于掌握和應用;有的側重闡述某一個具體的微控制器或微處理器應用方法,缺少嵌入式系統的一般知識與原理,讀者難以舉一反三。據此,編者精心組織編寫了本書,以利于教學和應用。 內容安排上,全書共分12章,分別介紹了嵌入式系統的基本概念、嵌入式系統的整體設計方法、嵌入式系統的組成結構、嵌入式系統的硬件設計和嵌入式系統的軟件設計等。在嵌入式系統硬件設計部分,重點闡述了硬件的整體設計、存儲設備、接口和I/O設備等。在嵌入式系統軟件設計部分,重點闡述了嵌入式操作系統的軟件設計、中斷和異常的處理、定時服務、軟件設計中的普遍問題等。 敘述方法上,各章首先介紹了相應知識模塊的基本原理,然後通過實例設計來闡述相應的實踐應用,這種敘述方法最大限度地使讀者易于掌握嵌入式原理及其應用。此外,本書的案例均是作者多年科研實踐的項目總結,具有很強的工程實用性。 本書的讀者對象為高年級本科生、研究生和從事嵌入式系統開發設計的工程技術人員。 本書由多位教師合力完成,吳國偉撰寫了第1、2、8、9章,徐子川撰寫了第3、4、10、11章,姚琳撰寫了第5、6、7、12章;郭禾教授對全書進行了審讀。

内容概要

  《嵌入式系統原理與設計》深入而全面地論述了嵌入式系統的開發與設計方法。主要內容包括︰嵌入式系統設計流程、硬件設計(基礎電路、存儲設備、接口及I/O設備)、軟件設計(結構與方法、異常和中斷)、定時器和定時器服務、內存管理、軟件設計的常見問題等。  《嵌入式系統原理與設計》重點突出,層次分明,注重知識的系統性和先進性;注重理論與實踐的聯系,以實例應用來闡述相關知識模塊,有利于培養工程應用能力。另外,《嵌入式系統原理與設計》還配有完整的電子課件,便于教學。  《嵌入式系統原理與設計》可作為普通高等院校電子信息工程、通信工程、軟件工程、電氣工程、自動化等專業的高年級本科生與研究生教材,也可作為相關工程技術人員的參考用書。

书籍目录

前言第1章 嵌入式系统简介1.1 嵌入式系统的基本概念1.1.1 现代计算机发展的历史1.1.2 嵌入式系统的定义和特点1.1.3 嵌入式系统的独立发展1.2 嵌入式系统的架构1.3 嵌入式处理器1.3.1 嵌入式处理器分类1.3.2 典型嵌入式处理器介绍1.3.3 嵌入式处理器选型原则1.4 嵌入式操作系统1.4.1 概述1.4.2 典型的嵌入式操作系统1.5 嵌入式系统的开发方法1.6 嵌入式系统的现状和发展趋势思考题第2章 嵌入式系统设计2.1 统一建模语言UML2.1.1 UML概述2.1.2 UML的发展历史2.1.3 UML基本元素2.2 需求2.2.1 需求信息的获取2.2.2 需求定义2.3 规格说明2.4 体系结构设计2.5 设计硬件构件和软件构件思考题第3章 嵌入式系统的硬件设计——电路3.1 嵌入式硬件基础3.1.1 电路原理图阅读与绘制3.1.2 印制电路板的基础知识3.2 电路设计示例:复位电路设计3.2.1 基本复位电路3.2.2 复位电路设计的注意点3.2.3 复位芯片的选择3.2.4 复位电路的调试思考题第4章 嵌入式系统的硬件设计——存储设备4.1 存储设备概述4.1.1 存储器的基本概念4.1.2 存储器的作用4.1.3 存储设备的分类4.1.4 存储器系统层次结构4.1.5 存储器的性能指标4.1.6 存储器的基本构成4.2 常用存储器4.2.1 IC卡4.2.2 CF卡4.2.3 MMC卡4.2.4 SD卡4.2.5 TF卡4.2.6 工业电子盘4.2.7 U盘4.3 存储器件的选择思考题第5章 嵌入式系统的硬件设计——接口及I/O设备5.1 接口5.1.1 概述5.1.2 常用接口5.2 定时器和计数器5.3 A/D和D/A转换器5.3.1 概述5.3.2 A/D和D/A转换原理5.4 键盘5.4.1 概述5.4.2 键盘原理5.5 显示器5.5.1 CRT显示器5.5.2 液晶显示器5.5.3 发光二极管显示器5.5.4 等离子显示器5.5.5 显示器的驱动方式5.5.6 设计实例:大屏幕LED显示屏的设计5.6 触摸屏5.6.1 概述5.6.2 触摸屏分类5.7 I/O性能思考题第6章 嵌入式系统的软件设计——结构与方法6.1 嵌入式系统的软件结构6.1.1 概述6.1.2 板级支持包BSP6.1.3 轮转结构6.1.4 带有中断的轮转结构6.1.5 实时操作系统结构6.1.6 嵌入式软件结构的选择6.2 软件开发工具6.2.1 宿主机与目标机6.2.2 嵌入式系统的定位器6.2.3 调试技术6.3 软件的设计方法6.3.1 无嵌入式操作系统6.3.2 有嵌入式操作系统思考题第7章 嵌入式系统的软件设计——设计范型与编程7.1 嵌入式系统软件的范型7.1.1 范型7.1.2 两种范型7.2 编程模型7.2.1 数据流图7.2.2 控制/数据流图7.3 程序设计语言及基本编译技术7.3.1 语句翻译7.3.2 过程7.3.3 数据结构7.3.4 表达式简化7.3.5 死代码清除7.3.6 过程内嵌7.3.7 循环变换7.3.8 寄存器分配7.3.9 指令选择7.3.1 0理解并使用编译程序7.3.1 1解释程序与适时编译程序7.4 程序的质量保证和测试思考题第8章 嵌入式系统软件设计——嵌入式操作系统8.1 概述8.1.1 基本概念8.1.2 内核8.1.3 可裁剪性8.2 嵌入式操作系统的服务8.2.1 消息队列、信箱和管道8.2.2 定时器服务8.2.3 事件8.2.4 存储管理8.2.5 中断服务8.3 嵌入式操作系统的开发8.3.1 多进程多线程设计8.3.2 进程间通信8.3.3 进程的功率优化策略8.4 调度器8.4.1 可调度实体8.4.2 多任务8.4.3 上下文切换8.4.4 调度算法8.4.5 μC/OSII任务调度8.4.6 Linux任务调度8.5 性能问题8.6 设计实例:嵌入式Linux中的进程管理8.7 完全公平调度算法8.7.1 概述8.7.2 CFS原理8.8 Linux在嵌入式系统中实时调度算法改进8.8.1 概述8.8.2 Linux实时性改造8.8.3 RTLinux和RTAI思考题第9章 嵌入式系统软件设计——异常和中断9.1 异常和中断的基本概念9.2 异常的分类和优先级9.2.1 异常的分类9.2.2 异常和中断的优先权9.3 可编程中断控制器9.4 异常和中断的处理9.4.1 异常和中断处理程序的安装9.4.2 保存处理器状态9.4.3 装入和调用异常处理程序9.5 ARM异常中断机制9.5.1 概述9.5.2 ARM的异常中断响应过程9.5.3 ARM异常中断优先级9.5.4 中断控制寄存器9.6 嵌入式操作系统对中断的支持9.6.1 嵌入式Linux对异常和中断的处理9.6.2 μC/OSII异常和中断的处理9.6.3 WinCE异常和中断的处理9.7 中断编程实例9.7.1 中断编程模式9.7.2 中断编程过程思考题第10章 定时器和定时器服务10.1 实时时钟和系统时钟10.2 可编程间隔定时器10.3 定时器中断服务例程10.4 软定时器操作和相关问题处理10.5 设计实例:S3C2410的可编程间隔定时器应用10.5.1 实时时钟部件10.5.2 Timer部件10.5.3 看门狗定时器思考题第11章 嵌入式实时系统的内存管理11.1 概述11.1.1 嵌入式实时系统内存管理的特点11.1.2 嵌入式实时系统对内存管理的要求11.1.3 内存分配方案11.1.4 实时系统的内存模式11.1.5 内存碎片11.2 常用内存分配算法11.2.1 最先匹配算法11.2.2 伙伴算法11.3 典型嵌入式实时操作系统中内存管理11.3.1 μC/OSII的内存管理11.3.2 VxWorks的内存管理11.3.3 WinCE的内存管理思考题第12章 嵌入式软件设计中的几个问题12.1 同步与通信12.1.1 资源同步12.1.2 评估关键段12.1.3 解决方案12.1.4 应用实例:Linux信号量接口的应用12.2 死锁及其处理12.2.1 死锁检测12.2.2 死锁恢复12.2.3 死锁避免和死锁预防12.2.4 应用实例:银行家算法12.3 优先级倒置12.3.1 资源共享引发的问题12.3.2 优先级倒置技术12.3.3 两种优先级倒置方案12.4 堆栈溢出思考题参考文献

章节摘录

插圖︰當今,嵌入式處理器的發展迅速,處理速度也不斷提升。用戶對嵌入式系統的需求也越來越高,簡單的無操作系統的設計方法已經遠遠不能滿足這些要求。因此,嵌入式操作系統已經成為當今嵌入式軟件開發的主要內容。本章,我們從最基本的嵌入式操作系統的概念講起,詳細講解嵌入式操作系統的內部機理。通過閱讀本章,讀者可以對操作系統原理以及基于操作系統的開發有一個全面的了解。8.1 概述8.1.1 基本概念由于硬件的限制,在使用微控制器設計嵌入式系統的初期,嵌入式系統設計師得到的只有系統的“裸機”,沒有任何類似操作系統的軟件作為開發平台,對CPU、RAM等這些硬件資源的管理工作都必須由程序員自己編寫程序來解決,程序設計人員十分辛苦,並且使應用程序的開發效率極低,所以當時從事嵌入式開發的人員就期望有一個嵌入式系統開發的系統軟件。現在,由于技術的進步和發展,單片系統硬件的規模越來越大,功能越來越強,從而給運行嵌入式操作系統提供了硬件保障,于是就出現了很多具有不同特點及應用領域的操作系統。這些支持嵌入式系統應用的操作系統軟件,具有通用操作系統的基本特點,但也有自己的特點。由于嵌入式系統的硬件具有特殊性,應用環境復雜且開發手段特殊,使嵌入式操作系統與普通的操作系統有著很大的不同。

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《嵌入式系統原理與設計》︰教育部-英特爾精品課程,“教育部高等學校特色專業建設點”資助項目(TS2120)《嵌入式系統原理與設計》系統論述嵌入式系統設計、嵌入式硬件設計方法(存儲設備、IO接口等)、嵌入式操作系統和嵌入式軟件設計方法(軟件結構、設計範型、異常和中斷處理、內存管理等)、嵌入式軟硬件設計應用中的普遍問題和解決方法,並將工程實踐中得到的經驗以案例形式介紹給讀者,全書凝聚了作者多年的嵌入式系統教學和科研的經驗、案例與思想。《嵌入式系統原理與設計》特色︰知識的系統性和先進性,系統和全面介紹了嵌入式設計的原理,並融合了嵌入式系統技術的最新發展和成果的介紹。理論和實踐聯系緊密,以實際應用案例來闡述相關理論知識模塊,原理知識指導解決設計實踐中的問題;並總結了嵌入式設計中普遍存在的典型問題及解決方法。《嵌入式系統原理與設計》是大連理工大學校級精品課指定教材。主要涵蓋內容︰嵌入式系統的硬件設計-電路嵌入式系統的硬件設計-存儲設備嵌入式系統的硬件設計-接口及IO設備嵌入式系統的軟件設計-結構與方法嵌入式系統的軟件設計-設計範型與編程嵌入式系統的軟件設計-嵌入式操作系統嵌入式系統的軟件設計-異常與中斷定時器和定時器服務嵌入式設計中的典型問題及解決方法

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