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第1章 嵌入式系统导论1

1.1 嵌入式系统概述1

1.1.1 嵌入式系统的发展历程3

1.1.2 嵌入式系统的特点7

1.1.3 嵌入式系统的分类9

1.2 嵌入式系统的应用领域14

1.3 嵌入式系统的实时性与可靠性16

1.3.1 嵌入式系统的可靠性16

1.3.2 嵌入式系统的实时性20

1.4 嵌入式系统的发展趋势24

思考题26

第2章 嵌入式硬件系统27

2.1 基本组成27

2.2 嵌入式微处理器29

2.2.1 嵌入式微处理器的特点29

2.2.2 主流的嵌入式微处理器34

2.3 总线56

2.3.1 AMBA总线56

2.3.2 PCI总线60

2.3.3 串行总线63

2.4 存储器72

2.4.1 存储器结构72

2.4.2 电子盘73

2.5 I/O接口和设备76

思考题76

第3章 嵌入式软件系统78

3.1 嵌入式软件系统概述78

3.1.1 嵌入式软件分类80

3.1.2 嵌入式软件体系结构80

3.1.3 嵌入式软件运行流程81

3.2 嵌入式操作系统83

3.2.1 体系结构84

3.2.2 功能及特点88

3.2.3 发展趋势91

3.3 嵌入式软件开发工具92

3.3.1 嵌入式软件开发工具的分类92

3.3.2 嵌入式软件的交叉开发环境94

3.3.3 嵌入式软件实现阶段的开发过程95

3.3.4 嵌入式软件开发工具的发展趋势112

思考题113

第4章 嵌入式实时内核基础115

4.1 嵌入式实时内核的关键设计问题115

4.1.1 实时性115

4.1.2 可移植性126

4.1.3 可剪裁、可配置性128

4.1.4 可靠性129

4.1.5 应用编程接口129

4.2 嵌入式实时内核的主要功能132

4.2.1 任务管理132

4.2.2 中断管理133

4.2.3 时间管理134

4.2.4 对共享资源的互斥管理134

4.2.5 同步与通信管理137

4.2.6 内存管理140

4.2.7 I/O管理141

4.2.8 出错处理141

4.2.9 用户扩展管理142

4.2.10 电源管理142

4.3 嵌入式实时内核的重要性能指标145

4.3.1 概述145

4.3.2 中断时序图146

4.3.3 中断延迟时间151

4.3.4 内核最大关中断时间152

4.3.5 中断响应时间153

4.3.6 中断恢复时间154

4.3.7 非屏蔽中断154

4.3.8 中断处理时间155

4.3.9 任务上下文切换时间155

4.3.10 任务响应时间157

4.3.11 系统调用的执行时间159

4.3.12 有关时间确定性的测试163

4.3.13 嵌入式实时内核的存储开销163

思考题164

第5章 任务管理与调度165

5.1 概述165

5.2 任务167

5.2.1 任务的定义及其主要特性167

5.2.2 任务的内容167

5.2.3 任务分类168

5.2.4 任务参数170

5.3 任务管理170

5.3.1 任务状态与变迁170

5.3.2 任务控制块172

5.3.3 任务切换173

5.3.4 任务队列174

5.3.5 任务管理机制179

5.4 任务调度184

5.4.1 概述184

5.4.2 基于优先级的可抢占调度187

5.4.3 时间片轮转调度188

5.4.4 静态调度189

5.4.5 动态调度193

5.4.6 静态调度与动态调度之间的比较194

5.5 优先级反转194

5.5.1 概述194

5.5.2 优先级继承协议195

5.5.3 优先级天花板协议197

5.6 多处理器调度205

5.6.1 概述205

5.6.2 使用率平衡算法205

5.6.3 基于RMS的任务分配算法206

5.6.4 基于EDF的首次匹配算法207

思考题208

第6章 同步、互斥与通信210

6.1 概述210

6.2 信号量212

6.2.1 信号量的种类及用途212

6.2.2 互斥信号量213

6.2.3 二值信号量215

6.2.4 计数信号量217

6.2.5 信号量机制的主要数据结构218

6.2.6 典型的信号量操作220

6.2.7 与信号量有关的资源配置问题222

6.3 邮箱和消息队列223

6.3.1 通信方式概述223

6.3.2 消息队列机制的主要数据结构224

6.3.3 典型的消息队列操作228

6.3.4 与消息队列有关的资源配置问题231

6.3.5 消息队列的其他典型应用231

6.4 事件232

6.4.1 事件机制概述232

6.4.2 事件机制的主要数据结构234

6.4.3 典型的事件操作236

6.4.4 与事件机制有关的资源配置问题237

6.4.5 事件机制的典型应用238

6.5 异步信号239

6.5.1 异步信号机制概述239

6.5.2 异步信号机制与中断机制的比较240

6.5.3 异步信号机制与事件机制的比较241

6.5.4 异步信号机制的主要数据结构241

6.5.5 典型的异步信号操作243

6.6 管道244

6.6.1 管道机制概述244

6.6.2 管道机制的主要数据结构245

6.6.3 典型的管道操作246

6.6.4 管道机制的典型应用247

思考题248

第7章 中断和时间管理249

7.1 中断管理249

7.1.1 概述249

7.1.2 中断的分类250

7.1.3 中断处理的过程252

7.1.4 实时内核的中断管理254

7.1.5 用户中断服务程序257

7.2 时间管理259

7.2.1 硬件时钟设备259

7.2.2 时间管理261

思考题265

第8章 内存管理和I/O管理266

8.1 内存管理266

8.1.1 概述266

8.1.2 内存管理机制267

8.2 I/O管理276

思考题289

第9章 高可靠嵌入式实时操作系统290

9.1 高可靠嵌入式实时操作系统的产生和发展290

9.1.1 高可靠嵌入式实时操作系统概况290

9.1.2 几种流行的高可靠嵌入式实时操作系统291

9.2 国际和国内标准296

9.2.1 ARINC 653296

9.2.2 ASAAC298

9.2.3 GJB 5357—2005299

9.3 高可靠嵌入式实时操作系统硬件基础300

9.3.1 80x86301

9.3.2 PowerPC304

9.4 高可靠嵌入式实时操作系统的实现310

9.4.1 概述310

9.4.2 隔离保护311

9.4.3 分区调度315

9.4.4 分区间通信317

9.4.5 健康监测320

思考题322

第10章 嵌入式系统软件的开发323

10.1 嵌入式系统开发模式323

10.1.1 嵌入式系统开发模式概述323

10.1.2 处理器及硬件开发平台的选定327

10.1.3 操作系统选定329

10.1.4 开发环境选定335

10.2 实时软件分析设计方法336

10.2.1 实时软件的分析设计要求336

10.2.2 DARTS分析设计方法339

10.3 安全关键领域软件开发351

10.3.1 DO-178B353

10.3.2 同步语言373

10.3.3 关于集成开发环境的一些高级方法388

思考题395