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第1章 嵌入式系统简介1

1.1 嵌入式系统的基本概念1

1.1.1 现代计算机发展的历史1

1.1.2 嵌入式系统的定义和特点2

1.1.3 嵌入式系统的独立发展2

1.2 嵌入式系统的架构3

1.3 嵌入式处理器4

1.3.1 嵌入式处理器分类5

1.3.2 典型嵌入式处理器介绍7

1.3.3 嵌入式处理器选型原则9

1.4 嵌入式操作系统10

1.4.1 概述10

1.4.2 典型的嵌入式操作系统11

1.5 嵌入式系统的开发方法13

1.6 嵌入式系统的现状和发展趋势16

思考题17

第2章 嵌入式系统设计18

2.1 统一建模语言UML19

2.1.1 UML概述19

2.1.2 UML的发展历史19

2.1.3 UML基本元素20

2.2 需求21

2.2.1 需求信息的获取21

2.2.2 需求定义22

2.3 规格说明25

2.4 体系结构设计28

2.5 设计硬件构件和软件构件29

思考题35

第3章 嵌入式系统的硬件设计——电路36

3.1 嵌入式硬件基础36

3.1.1 电路原理图阅读与绘制37

3.1.2 印制电路板的基础知识37

3.2 电路设计示例：复位电路设计40

3.2.1 基本复位电路40

3.2.2 复位电路设计的注意点43

3.2.3 复位芯片的选择43

3.2.4 复位电路的调试44

思考题45

第4章 嵌入式系统的硬件设计——存储设备46

4.1 存储设备概述46

4.1.1 存储器的基本概念46

4.1.2 存储器的作用47

4.1.3 存储设备的分类47

4.1.4 存储器系统层次结构47

4.1.5 存储器的性能指标49

4.1.6 存储器的基本构成49

4.2 常用存储器52

4.2.1 IC卡52

4.2.2 CF卡55

4.2.3 MMC卡57

4.2.4 SD卡60

4.2.5 TF卡63

4.2.6 工业电子盘63

4.2.7 U盘63

4.3 存储器件的选择64

思考题66

第5章 嵌入式系统的硬件设计——接口及I/O设备67

5.1 接口67

5.1.1 概述67

5.1.2 常用接口67

5.2 定时器和计数器80

5.3 A/D和D/A转换器82

5.3.1 概述82

5.3.2 A/D和D/A转换原理82

5.4 键盘87

5.4.1 概述88

5.4.2 键盘原理88

5.5 显示器90

5.5.1 CRT显示器90

5.5.2 液晶显示器90

5.5.3 发光二极管显示器92

5.5.4 等离子显示器94

5.5.5 显示器的驱动方式95

5.5.6 设计实例：大屏幕LED显示屏的设计96

5.6 触摸屏99

5.6.1 概述99

5.6.2 触摸屏分类99

5.7 I/O性能102

思考题103

第6章 嵌入式系统的软件设计——结构与方法104

6.1 嵌入式系统的软件结构104

6.1.1 概述104

6.1.2 板级支持包BSP109

6.1.3 轮转结构111

6.1.4 带有中断的轮转结构113

6.1.5 实时操作系统结构118

6.1.6 嵌入式软件结构的选择119

6.2 软件开发工具120

6.2.1 宿主机与目标机120

6.2.2 嵌入式系统的定位器121

6.2.3 调试技术129

6.3 软件的设计方法133

6.3.1 无嵌入式操作系统133

6.3.2 有嵌入式操作系统134

思考题135

第7章 嵌入式系统的软件设计——设计范型与编程136

7.1 嵌入式系统软件的范型136

7.1.1 范型136

7.1.2 两种范型137

7.2 编程模型138

7.2.1 数据流图139

7.2.2 控制／数据流图140

7.3 程序设计语言及基本编译技术141

7.3.1 语句翻译143

7.3.2 过程146

7.3.3 数据结构146

7.3.4 表达式简化147

7.3.5 死代码清除148

7.3.6 过程内嵌148

7.3.7 循环变换149

7.3.8 寄存器分配150

7.3.9 指令选择153

7.3.10 理解并使用编译程序154

7.3.11 解释程序与适时编译程序154

7.4 程序的质量保证和测试154

思考题156

第8章 嵌入式系统软件设计——嵌入式操作系统157

8.1 概述157

8.1.1 基本概念157

8.1.2 内核158

8.1.3 可裁剪性160

8.2 嵌入式操作系统的服务161

8.2.1 消息队列、信箱和管道161

8.2.2 定时器服务169

8.2.3 事件174

8.2.4 存储管理176

8.2.5 中断服务178

8.3 嵌入式操作系统的开发182

8.3.1 多进程多线程设计182

8.3.2 进程间通信184

8.3.3 进程的功率优化策略186

8.4 调度器190

8.4.1 可调度实体190

8.4.2 多任务190

8.4.3 上下文切换190

8.4.4 调度算法191

8.4.5 μC/OS-Ⅱ任务调度192

8.4.6 Linux任务调度193

8.5 性能问题196

8.6 设计实例：嵌入式Linux中的进程管理197

8.7 完全公平调度算法203

8.7.1 概述203

8.7.2 CFS原理203

8.8 Linux在嵌入式系统中实时调度算法改进203

8.8.1 概述203

8.8.2 Linux实时性改造205

8.8.3 RT-Linux和RTAI206

思考题207

第9章 嵌入式系统软件设计——异常和中断208

9.1 异常和中断的基本概念208

9.2 异常的分类和优先级208

9.2.1 异常的分类208

9.2.2 异常和中断的优先权209

9.3 可编程中断控制器210

9.4 异常和中断的处理211

9.4.1 异常和中断处理程序的安装211

9.4.2 保存处理器状态211

9.4.3 装入和调用异常处理程序212

9.5 ARM异常中断机制213

9.5.1 概述213

9.5.2 ARM的异常中断响应过程214

9.5.3 ARM异常中断优先级215

9.5.4 中断控制寄存器215

9.6 嵌入式操作系统对中断的支持224

9.6.1 嵌入式Linux对异常和中断的处理224

9.6.2 μC/OS-Ⅱ异常和中断的处理228

9.6.3 WinCE异常和中断的处理230

9.7 中断编程实例231

9.7.1 中断编程模式231

9.7.2 中断编程过程232

思考题236

第10章 定时器和定时器服务237

10.1 实时时钟和系统时钟237

10.2 可编程间隔定时器237

10.3 定时器中断服务例程239

10.4 软定时器操作和相关问题处理240

10.5 设计实例：S3C2410的可编程间隔定时器应用241

10.5.1 实时时钟部件241

10.5.2 Timer部件249

10.5.3 看门狗定时器257

思考题259

第11章 嵌入式实时系统的内存管理260

11.1 概述260

11.1.1 嵌入式实时系统内存管理的特点260

11.1.2 嵌入式实时系统对内存管理的要求260

11.1.3 内存分配方案261

11.1.4 实时系统的内存模式261

11.1.5 内存碎片262

11.2 常用内存分配算法264

11.2.1 最先匹配算法264

11.2.2 伙伴算法264

11.3 典型嵌入式实时操作系统中内存管理265

11.3.1 μC/OS-II的内存管理265

11.3.2 VxWorks的内存管理266

11.3.3 WinCE的内存管理267

思考题268

第12章 嵌入式软件设计中的几个问题269

12.1 同步与通信269

12.1.1 资源同步269

12.1.2 评估关键段270

12.1.3 解决方案271

12.1.4 应用实例：Linux信号量接口的应用275

12.2 死锁及其处理279

12.2.1 死锁检测280

12.2.2 死锁恢复283

12.2.3 死锁避免和死锁预防284

12.2.4 应用实例：银行家算法285

12.3 优先级倒置295

12.3.1 资源共享引发的问题296

12.3.2 优先级倒置技术296

12.3.3 两种优先级倒置方案296

12.4 堆栈溢出297

思考题299

参考文献300