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第1章 嵌入式计算机系统基本构成1

1.1嵌入式系统概述1

1.1.1嵌入式系统的组成1

1.1.2嵌入式系统的特点2

1.1.3嵌入式系统的发展3

1.1.4嵌入式系统的应用6

1.2嵌入式处理器7

1.2.1嵌入式处理器的种类7

1.2.2 ARM微处理器简介8

1.3嵌入式系统的组成9

1.3.1嵌入式系统的硬件10

1.3.2嵌入式系统的软件11

1.4嵌入式操作系统12

1.4.1 Linux12

1.4.2 pC/OS12

1.4.3 Windows CE13

1.4.4 VxWorks13

1.4.5 QNX13

习题14

第2章 嵌入式ARM微处理器15

2.1嵌入式处理器内核15

2.1.1 MIPS核15

2.1.2 ARM核15

2.1.3 PowerPC核16

2.1.4 68K/COLDFIRE核16

2.2 ARM体系结构的发展16

2.2.1 V1版体系结构16

2.2.2 V2版体系结构16

2.2.3 V3版体系结构17

2.2.4 V4版体系结构17

2.2.5 V5版体系结构17

2.2.6 V6版体系结构17

2.2.7 V7版体系结构17

2.3 ARM体系结构的技术特征18

2.3.1单周期操作18

2.3.2采用加载/存储指令结构18

2.3.3固定的32位指令18

2.3.4三地址指令格式18

2.3.5多级指令流水线技术18

2.4 ARM处理器工作状态与工作模式19

2.4.1 ARM处理器工作状态19

2.4.2 ARM处理器工作模式19

2.5 ARM处理器寄存器组20

2.5.1 ARM状态下的寄存器组20

2.5.2 Thumb状态下的寄存器组22

2.6 ARM处理器的异常中断22

2.6.1 ARM异常种类及异常中断向量23

2.6.2异常中断的优先级23

2.6.3 ARM异常中断的响应过程24

2.6.4从异常处理程序中返回24

2.7 ARM的存储器格式及数据类型26

2.7.1 ARM存储字数据的格式26

2.7.2 ARM微处理器数据类型27

2.8 ARM流水线技术27

2.8.1指令流水线处理27

2.8.2 ARM的3级指令流水线28

2.8.3 ARM的5级指令流水线30

2.9 ARM处理器内核结构30

2.9.1 ARM处理器内核概述30

2.9.2 ARM7TDMI处理器内核31

2.9.3 ARM7TDMI存储器接口34

2.9.4 ARM7TDMI的调试接口37

2.9.5 ARM920T处理器核39

2.9.6 ARM的AMBA总线体系结构40

2.9.7 ARM的MMU部件41

习题47

第3章 基于ARM微处理器的硬件电路设计48

3.1硬件系统及外围接口电路设计48

3.1.1嵌入式主板的电源设计49

3.1.2内存SDRAM模块49

3.1.3 NorFlash模块50

3.1.4 NandFlash模块50

3.1.5 USB模块51

3.1.6 CAN总线通信模块53

3.1.7 RS-232串行通信模块54

3.1.8音频输出模块56

3.1.9 10/100 M网卡模块57

3.1.10 LCD/VGA接口模块58

3.1.11实时时钟模块60

3.1.12 SD/MMC卡接口模块60

3.1.13嵌入式计算机主板实物图片61

3.2硬件设计中应该注意的一些问题61

3.2.1高频电路中的信号反射62

3.2.2高频电路中的信号串扰问题66

3.2.3高频电路设计中的电磁辐射68

3.2.4高频电路设计中的仿真70

3.2.5 PCB设计的基本方法72

习题75

第4章 ARM硬件体系下嵌入式操作系统的移植76

4.1 Boot loader的介绍76

4.1.1 AT91 RM9200引导程序分析76

4.1.2 u-boot介绍81

4.1.3 vivi介绍83

4.1.4 u-boot的移植87

4.1.5 ARM程序的执行流程89

4.1.6 AT91 RM9200启动程序固化方法91

4.2 Linux内核的移植99

4.2.1交叉编译99

4.2.2 Linux内核介绍102

4.2.3 AT91 RM9200的Linux-2.4.27的移植105

4.2.4 Linux内核配置选项介绍106

4.2.5编译Linux的内核基本步骤113

4.3文件系统介绍114

4.3.1嵌入式Linux文件系统的组成114

4.3.2制作RAM Disk116

4.3.3创建JFFS2文件系统117

4.3.4创建NFS文件系统119

习题126

第5章 面向ARM硬件体系的Linux驱动程序设计127

5.1嵌入式Linux的设备管理129

5.2嵌入式Linux驱动程序开发的基本函数132

5.2.1Linux的中断132

5.2.2Linux的内存操作133

5.2.3I/O端口134

5.2.4定时器134

5.3 Linux驱动程序的设备号135

5.4设备驱动的模块化编程136

5.4.1 Linux驱动模块编程简介136

5.4.2关于阻塞型I/O139

5.4.3并发访问与数据保护140

5.4.4中断处理140

5.4.5 Linux内核源代码的目录分布141

5.4.6驱动程序的调试148

5.5嵌入式Linux系统驱动程序的分析149

5.5.1串口驱动程序的分析149

5.5.2嵌入式Linux主板音频驱动的实现151

5.5.3嵌入式Linux的demo驱动模板演示与实现156

习题161

第6章 ARM硬件体系下系统程序设计进阶162

6.1嵌入式系统的初始化过程162

6.1.1中断向量表162

6.1.2初始化存储器系统163

6.1.3初始化堆栈164

6.1.4初始化有特殊要求的端口与设备165

6.1.5初始化应用程序执行环境165

6.1.6改变处理器模式166

6.1.7呼叫主应用程序167

6.2 ARM与Thumb168

6.2.1 ARM的结构体系168

6.2.2堆栈的分配169

6.2.3在0地址处是ROM还是RAM169

6.2.4存储器地址重映射170

6.2.5根据目标存储器系统分散加载映像172

6.3 ARM的异常处理机制173

6.3.1异常响应流程174

6.3.2异常处理函数的设计177

6.3.3可重人中断设计180

6.4 ARM/Thumb的交互工作181

6.4.1需要交互的原因181

6.4.2状态切换的实现182

6.4.3 ARM/Thumb之间的函数调用183

6.4.4交互程序之间的兼容性184

6.4.5 V5架构的扩展184

6.4.6 Thumb-2185

6.5 ARM高效程序的开发185

6.5.1变量定义185

6.5.2参数传递187

6.5.3循环条件188

6.5.4条件执行188

6.5.5混合编程189

6.5.6性能分析190

习题191

第7章 基于ARM的工业内窥仪设计实例192

7.1基于嵌入式系统的工业内窥系统的实现192

7.1.1系统的功能需求192

7.1.2方案选择192

7.1.3工业内窥系统硬件196

7.1.4紫外线检测设备驱动设计及其实现199

7.1.5 USB摄像头驱动移植201

7.1.6设备驱动程序的编译和安装202

7.2软件开发环境的组成及软件开发的流程202

7.2.1虚拟机上安装和配置Linux系统204

7.2.2交叉编译环境的建立206

7.2.3 Qt/Embedded的软件开发实例206

7.3工业内窥系统软件设计与实现207

7.3.1内窥图像采集软件实现208

7.3.2视频图像采集209

7.3.3 GPRS数据通信211

7.3.4 Linux下串口编程212

7.3.5 Qtopia文件系统的挂接与大容量数据的存储213

7.4嵌入式计算机系统调试214

习题215

第8章 基于ARM的电阻抗成像采集系统的设计实例216

8.1电阻抗成像系统简介216

8.1.1电阻抗成像技术216

8.1.2电阻抗成像系统的组成216

8.1.3阻抗成像数据采集系统的组成217

8.2基于ARM的阻抗成像采集系统的实现217

8.2.1 ARM处理器系统的设计217

8.2.2阻抗成像采集系统外围电路的设计226

8.2.3 FPGA在阻抗成像采集系统中的设计232

8.3阻抗成像采集系统测试241

习题243

附录A 嵌入式系统开发中涉及的文件共享、基本命令及相关术语244

习题参考答案255

参考文献260