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第一篇 嵌入式系统1

第1章 嵌入式系统概述1

1.1 嵌入式系统的基本概念1

1.1.1 嵌入式系统的定义1

1.1.2 嵌入式系统的发展2

1.1.3 嵌入式系统的特点4

1.2 嵌入式系统的分类5

1.2.1 单个微处理器6

1.2.2 嵌入式处理器可扩展的系统6

1.2.3 复杂的嵌入式系统6

1.2.4 在制造或过程控制中使用的计算机系统6

1.3 嵌入式处理器6

1.3.1 嵌入式微处理器7

1.3.2 嵌入式微控制器7

1.3.3 嵌入式DSP处理器8

1.3.4 嵌入式片上系统8

1.4 嵌入式系统的组成9

1.4.1 嵌入式系统的硬件10

1.4.2 嵌入式系统的软件11

1.4.3 嵌入式系统的开发工具和开发系统12

1.5 嵌入式操作系统13

1.5.1 嵌入式操作系统的发展13

1.5.2 嵌入式操作系统的分类13

1.5.3 嵌入式操作系统的特点13

1.5.4 主流嵌入式操作系统简介14

本章小结16

思考题16

第2章 ARM11体系结构17

2.1 ARM微处理器概述17

2.1.1 ARM公司简介17

2.1.2 ARM微处理器的特点18

2.1.3 ARM体系结构的版本18

2.2 ARM11系列微处理器20

2.2.1 目标应用20

2.2.2 ARM 11处理器特点20

2.2.3 ARM 11处理器性能20

2.2.4 ARM 11处理器规格21

2.3 ARM11系列微处理器架构21

2.4 ARM 11流水线23

2.4.1 流水线结构的性能23

2.4.2 流水线级数的影响24

2.4.3 ARM 11处理器中流水线管理24

2.5 ARM工作模式及寄存器组25

2.5.1 ARM核工作模式25

2.5.2 ARM寄存器分组27

2.5.3 工作模式分析28

2.6 各种模式工作机制29

2.6.1 CPSR、 PC、 SPSR xxx和LR xxx寄存器工作关系29

2.6.2 R13_xxx寄存器用途（SP xxx堆栈指针）30

2.6.3 FIQ和IRQ特权模式（异常或中断模式）30

2.6.4 Supervisor特权模式（异常）30

2.6.5 Abort特权模式（异常）30

2.6.6 Undefined特权（异常）模式30

2.6.7 Secure Monitor特权（异常）模式30

2.6.8 System特权模式30

2.6.9 ARM中各个异常处理响应优先级31

2.7 进入和退出异常中断的过程31

2.7.1 ARM处理器对异常中断的响应过程31

2.7.2 从异常中断处理程序中返回33

本章小结34

思考题34

第3章 ARM微处理器的指令系统35

3.1 ARM微处理器的指令集概述35

3.1.1 ARM微处理器的指令的分类与格式35

3.1.2 指令的条件域36

3.2 ARM指令的寻址方式37

3.2.1 立即寻址37

3.2.2 寄存器寻址37

3.2.3 寄存器间接寻址37

3.2.4 基址变址寻址38

3.2.5 多寄存器寻址38

3.2.6 相对寻址38

3.2.7 堆栈寻址39

3.3 ARM指令集39

3.3.1 跳转指令39

3.3.2 数据处理指令40

3.3.3 乘法指令与乘加指令44

3.3.4 程序状态寄存器访问指令46

3.3.5 加载/存储指令47

3.3.6 批量数据加载/存储指令49

3.3.7 数据交换指令49

3.3.8 移位指令（操作）50

3.3.9 协处理器指令51

3.3.10 异常产生指令53

3.4 Thumb指令及应用53

本章小结54

思考题54

第4章 S3C6410处理器55

4.1 S3C6410处理器概述55

4.2 S3C6410体系结构56

4.3 S3C6410引脚定义57

4.4 S3C6410引脚信号描述61

4.4.1 外部存储器接口61

4.4.2 串行通信接口63

4.4.3 图像/视频接口65

4.4.4 AD/DA接口65

4.4.5 移动存储设备接口66

4.4.6 系统管理器接口66

4.4.7 电源组接口68

4.5 存储器映射68

4.5.1 存储器系统模块图68

4.5.2 特殊设备地址空间69

4.6 系统控制器70

4.6.1 系统控制器的特性70

4.6.2 功能描述70

4.7 S3C6410复位信号75

4.7.1 硬件复位75

4.7.2 温复位76

4.7.3 软件复位76

4.7.4 看门狗复位77

4.8 寄存器描述77

4.8.1 部分SFR寄存器77

4.8.2 PLL控制寄存器78

4.8.3 时钟源控制寄存器80

4.9 VIC中断控制器81

4.9.1 S3C6410中断源82

4.9.2 VIC寄存器84

4.9.3 中断处理过程91

本章小结96

思考题96

第5章 GPIO接口97

5.1 GPIO接口概述97

5.2 GPIO结构97

5.3 GPIO端口98

5.4 GPIO寄存器99

5.4.1 端口A控制寄存器99

5.4.2 端口B控制寄存器101

5.4.3 端口C控制寄存器102

5.4.4 端口D控制寄存器104

5.4.5 端口E控制寄存器105

5.4.6 端口F控制寄存器107

5.4.7 端口G控制寄存器108

5.4.8 端口H控制寄存器110

5.4.9 端口I控制寄存器112

5.4.10 端口J控制寄存器114

5.4.11 端口K控制寄存器115

5.4.12 端口L控制寄存器117

5.4.13 端口M控制寄存器119

5.4.14 端口N控制寄存器120

5.4.15 端口O控制寄存器122

5.4.16 端口P控制寄存器124

5.4.17 端口Q控制寄存器125

5.5 GPIO应用举例127

5.5.1 电路连接127

5.5.2 寄存器设置127

5.5.3 程序的编写127

本章小结128

思考题129

第6章 IIC总线接口130

6.1 IIC总线接口概述130

6.2 IIC总线接口操作模式131

6.2.1 开始和停止条件131

6.2.2 数据传输格式132

6.2.3 ACK信号传输132

6.2.4 读写操作132

6.2.5 异常中断条件133

6.2.6 IIC总线配置133

6.2.7 每个模块的操作流程图133

6.3 IIC总线接口特殊寄存器135

6.3.1 多主控器IIC总线控制（IICCON）寄存器135

6.3.2 多主控器IIC总线控制/状态（IICSTAT）寄存器136

6.3.3 多主控器IIC总线地址（IICADD）寄存器137

6.3.4 多主控器IIC总线发送/接收数据移位（IICDS）寄存器137

6.3.5 多主控器IIC总线控制寄存器137

6.4 IIC总线编程举例138

6.4.1 IIC MasterWrP函数138

6.4.2 IIC MasterRdP 函数139

6.4.3 HC SlaveRdP函数139

6.4.4 IIC SlaveWrP函数140

本章小结141

思考题141

第7章 UART接口143

7.1 UART接口概述143

7.2 UART接口特性143

7.3 UART的操作144

7.3.1 数据发送144

7.3.2 数据接收144

7.3.3 自动流量控制（AFC）145

7.3.4 接收FIFO的操作145

7.3.5 发送FIFO的操作145

7.3.6 RS-232C接口145

7.3.7 中断/DMA请求的产生146

7.3.8 UART错误状态FIFO146

7.3.9 红外线（IR）模式147

7.4 外部接口148

7.5 寄存器描述149

7.5.1 UART行控制寄存器151

7.5.2 UART控制寄存器151

7.5.3 UART的FIFO控制寄存器153

7.5.4 UART Modem控制寄存器154

7.5.5 UART接收（Rx）/（TX）发送状态寄存器154

7.5.6 UART错误状态寄存器155

7.5.7 UART的FIFO状态寄存器156

7.5.8 UART Modem状态寄存器156

7.5.9 UART发送缓冲寄存器（保存寄存器和FIFO寄存器）157

7.5.10 UART接收缓冲寄存器（保存寄存器和FIFO寄存器）157

7.5.11 UART波特率分频寄存器158

7.5.12 波特率错误容限159

7.5.13 UART中断处理寄存器159

7.5.14 UART中断源处理寄存器160

7.5.15 UART中断屏蔽寄存器160

7.6 UART接口应用举例161

本章小结165

思考题165

第8章 ADC和触摸屏接口166

8.1 ADC及触摸屏概述166

8.2 ADC及触摸屏的特性166

8.3 ADC及触摸屏接口操作167

8.4 ADC功能描述167

8.4.1 A/D转换时间167

8.4.2 触摸屏接口方式168

8.4.3 待机模式168

8.4.4 编程记录168

8.5 ADC及触摸屏寄存器169

8.5.1 ADC的控制寄存器（ADCCON）169

8.5.2 ADC的触摸屏控制寄存器（ADCTSC）170

8.5.3 ADC开始延迟寄存器（ADCDLY）170

8.5.4 ADC的数据转换寄存器（ADCDAT0）171

8.5.5 ADC的数据转换寄存器（ADCDAT1）172

8.5.6 ADC的触摸屏UP-DOWN寄存器（ADCUPDN）172

8.5.7 ADC触摸屏中断清除寄存器173

8.6 ADC应用举例173

8.6.1 硬件设计173

8.6.2 软件设计173

本章小结175

思考题175

第二篇 移动设备开发基础176

第9章 Android系统级开发概述176

9.1 Android系统的发展176

9.2 Android系统架构178

9.2.1 应用程序层179

9.2.2 应用程序框架层180

9.2.3 系统运行库层180

9.2.4 Linux内核层181

9.3 Android系统内核182

9.3.1 Linux内核结构182

9.3.2 Android内核和驱动183

9.4 系统移植的概念和驱动开发的方法184

本章小结185

思考题186

第10章 Android系统开发环境187

10.1 交叉开发环境187

10.1.1 交叉开发环境概述187

10.1.2 宿主机与目标机的连接188

10.1.3 宿主机环境189

10.1.4 目标机环境190

10.2 Linux操作系统及其开发工具191

10.2.1 Linux操作系统概述191

10.2.2 Linux操作系统核心与驱动程序192

10.2.3 Linux交叉编译工具链194

10.3 Android系统开发工具196

10.3.1 Android代码目录结构196

10.3.2 Ubuntu与虚拟机197

10.3.3 Android系统级开发工具链198

本章小结201

思考题201

第11章 Boot Loader202

11.1 Boot Loader概述202

11.1.1 Boot Loader主要功能202

11.1.2 Boot Loader操作模式203

11.1.3 Boot Loader的通信204

11.2 Boot Loader工作过程204

11.2.1 Boot Loader工作过程概述204

11.2.2 Boot Loader阶段1205

11.2.3 Boot Loader阶段2207

11.3 U-Boot启动流程分析208

11.3.1 U-Boot概述208

11.3.2 U-Boot代码结构209

11.3.3 U-Boot启动流程分析209

11.3.4 Boot Loader的修改213

本章小结215

思考题215

第12章 Android驱动开发216

12.1 Android驱动开发概述216

12.1.1 Android驱动概述216

12.1.2 Android系统移植217

12.2 Android硬件抽象层218

12.2.1 Android硬件抽象层概述218

12.2.2 HAL Legacy和HAL219

12.2.3 支持HAL的驱动程序220

本章小结221

思考题222

第13章 input输入子系统223

13.1 用户输入系统介绍223

13.1.1 Android输入系统的结构224

13.1.2 移植工作224

13.2 Linux input子系统225

13.2.1 设备驱动层的注册225

13.2.2 handler的注册过程227

13.3 input驱动程序开发228

13.3.1 文件input.h228

13.3.2 文件KeycodeLabels.h231

13.3.3 文件KeyCharacterMap.h236

13.3.4 kl格式文件240

13.3.5 kcm格式文件240

13.3.6 文件EventHub.cpp242

13.4 模拟器的实现243

本章小结244

思考题244

第14章 传感器系统246

14.1 传感器系统的结构246

14.1.1 传感器系统Java层248

14.1.2 传感器系统Frameworks层253

14.2 传感器驱动开发254

14.2.1 移植驱动程序254

14.2.2 移植硬件抽象层254

14.2.3 实现上层部分257

14.3 传感器驱动的硬件抽象层实例263

本章小结267

思考题268