嵌入式系統體系、原理與設計

內容簡介

在梳理不斷演化和豐富的嵌入式系統理論、方法、技術及套用脈絡的基礎上，本書致力於構建“自架構、原理到設計，由宏付槓拒台觀特性到微觀原理，硬體與軟體、理論與實踐相融合”的多維知識體系。開篇首先以經典的嵌入式系統概念、內涵以及必要的基礎知識作為鋪墊進行導入，進而從嵌入式硬體、嵌入式軟體以及設計與驗證方法三個方面展開論述。其中櫃駝市，硬體部分深入地闡述了嵌入式處理器、存儲器等子系統以及最小系統外圍電路和I/O接口擴展等硬體組件的體系結構、工作原理、設計方法與示例。軟體部分重點闡述了嵌入式軟體系統的組成結構與基礎組件，嵌入式(實時)作業系統共性的功能模型、服務機制、設計方法和典型系統示例，以及嵌入式圖形庫、檔案系統、資料庫等典型的嵌入式軟體組件。設計與驗證方法部分則分析和闡述了嵌入式軟體與系統的開發機制以及常見調試、測試、仿真方法的技術原理。全書寫作採用了整體體臭遷蒸系貫穿與局部深度剖析相結合、詢影駝共性機理歸納與設計示例分析相呼應的思路，力求系統、生動又深入淺出地闡述嵌入式系統技術涉及的體系結構、技術原理與設計機制，並在突出技術性、新穎性的同時又注重內容的易讀性和實用性。

本書適合供高等院校計算機科學與技術、物聯網、自動化、電子信息及電氣工程等相關專業的高年級本科生、研究生學習，尤其適合作為“嵌入式(計算機)系統”類課程的授課教材或參考教材，同時也適合作為專業設計人員的技術參考用書。

圖書目錄

第1章概述/1

1.1計算技術延伸/1

1.1.1從開爾文構想到現代計算技術出現/1

1.1.2計算機技術的發展/2

1.1.3通信與網路技術發展/4

1.2理解嵌入式(計算)系統/6

1.2.1計算裝置的“可嵌入”發展過程/6

1.2.2嵌入式(計算)系統的內涵/8

1.2.3相關術語辨析/10

1.3嵌入式系統的組成與特點/12

1.3.1體系結構與組成/12

1.3.2套用及技術特點/13

1.4發展趨勢/16

1.5知識體系小結/18

習題/19

第2章嵌入式硬體基礎/20

2.1硬體基礎/20

2.1.1器件術語/20

2.1.2電路術語與符號/23

2.1.3基本元件與邏輯/25

2.2嵌入式系統硬體組成/30

2.2.1硬體基本恥棄烏屑架構模型/30

2.2.2核心邏輯與子系統/32

2.3典型嵌入式系統硬體形式/38

2.3.1基於通用計算機擴展的嵌入式硬體/38

2.3.2基於領域標準模組集成的嵌入式硬體/39

2.3.3針對具體套用設計的嵌入式硬體/41

2.4硬體設計基本方法/42

2.4.1Protel EDA軟體/42

2.4.2電路設計基本流程/45

2.4.3電磁兼容性問題/47

2.4.4低功耗問題/512.4.5嵌入嘗盛式硬體設計示例/52

2.5小結/60

習題/61

第3章嵌入式處理器/62

3.1處理器模型與邏輯體系/62

3.1.1處理器基本組成模型/62

3.1.2處理器的基本邏輯體系/65

3.2嵌入式處理器類型及特點/70

3.2.1嵌入式微控制器/70

3.2.2嵌入式微處理器/72

3.2.3數位訊號處理器/73

3.2.4可程式邏輯器件/77

3.2.5片上系統/84

3.2.6多核、眾核處理器/88

3.3典型嵌入式處理器體系/95

3.3.1ARM架構/95

3.3.2MIPS架構/110

3.3.3PowerPC架構/115

3.4性能評價指標/124

3.5小結/126

習題/126

第4章嵌入式立立匪存儲技術/127

4.1基本存儲體系與模型/127

4.1.1嵌入式系統存儲體系/127

4.1.2存儲器結構模型/128

4.1.3存儲器基本操作流程/129

4.1.4存儲器技術指標/130

4.2存儲器分類及特性/131

4.2.1隨機訪問存儲器/132

4.2.2隻讀存儲器/145

4.2.3混合存儲器/150

4.3存儲器測試與驗證/165

4.3.1可讀寫存儲器的測試/166

4.3.2隻讀存儲器測試/167

4.4小結/169

習題/169

第5章最小系統外圍電路設計/170

5.1電源電路/170

5.1.1電源電路設計方法/170

5.1.2延伸: 電源管理與低功耗設計/174

5.2復位電路/179

5.2.1上電復位/179

5.2.2手動復位/184

5.2.3看門狗復位/186

5.2.4軟體復位/187

5.3時鐘電路/191

5.3.1信號源: 振盪電路原理/191

5.3.2多時鐘管理/196

5.3.3延伸: 時鐘管理與低功耗設計/201

5.4電路抖動與消抖/202

5.4.1抖動現象與危害/202

5.4.2最佳化硬體消除抖動/203

5.4.3軟體消抖方式/205

5.5小結/208

習題/208

第6章接口、匯流排與網路擴展/209

6.1通用I/O與串列匯流排/209

6.1.1GPIO/209

6.1.2SPI/213

6.1.3SDIO/222

6.1.4I2S/IIS/226

6.1.5I2C/IIC/232

6.1.6UART與USART/237

6.2典型工業匯流排、背板匯流排及網路/249

6.2.1CAN匯流排/249

6.2.2實時工業乙太網/259

6.2.3VPX匯流排/264

6.3無線接口與網路/274

6.3.1ZigBee/274

6.3.2藍牙/280

6.3.3WiFi/292

6.3.4NFC/295

6.4小結/300

習題/300

第7章嵌入式軟體結構與基礎軟體/302

7.1計算系統的啟動與運行過程/302

7.1.1通用計算機的引導和啟動過程/302

7.1.2嵌入式系統的引導與啟動過程/303

7.2嵌入式軟體體系與結構/305

7.2.1基於裸機的嵌入式軟體/306

7.2.2基於嵌入式作業系統的軟體結構/307

7.3基礎軟體組件/308

7.3.1ROM Monitor/308

7.3.2Boot Loader/313

7.3.3BSP/320

7.3.4虛擬機監控程式/332

7.4小結/339

習題/339

第8章嵌入式作業系統及其服務機制/341

8.1架構與模型/341

8.1.1微核心、超微核心架構/341

8.1.2功能模型/343

8.2服務機制與特性/346

8.2.1基本概念/346

8.2.2關於實時/357

8.2.3核心服務機制/362

8.3典型嵌入式作業系統/379

8.3.1RTX51/379

8.3.2μC/OS/380

8.3.3嵌入式Linux系列/382

8.3.4VxWorks/387

8.3.5Windows嵌入式作業系統/389

8.3.6其他嵌入式作業系統/396

8.4小結/401

習題/402

第9章嵌入式軟體組件/403

9.1嵌入式圖形庫與圖形組件/403

9.1.1μC/GUI與emWin/403

9.1.2NanoX Window/405

9.1.3MiniGUI/407

9.1.4QT/413

9.1.5可程式圖形界面硬體模組/418

9.2嵌入式檔案系統/419

9.2.1JFFS/JFFS2/420

9.2.2Yaffs/Yaffs2/422

9.2.3UBIFS/425

9.2.4隻讀檔案系統/428

9.2.5RAM檔案系統/430

9.3嵌入式資料庫/432

9.3.1SQLite/432

9.3.2Berkeley DB/434

9.3.3eXtremeDB/435

9.4嵌入式網路協定棧/437

9.5小結/438

習題/438

第10章嵌入式套用軟體設計方法/439

10.1嵌入式軟體典型結構/439

10.1.1輪轉結構/439

10.1.2前後台軟體結構/442

10.1.3函式佇列調度結構/444

10.1.4基於嵌入式作業系統的軟體結構/445

10.2中斷與數據共享問題/447

10.2.1中斷服務程式設計/447

10.2.2消除數據共享問題/451

10.3嵌入式軟體設計機制/458

10.3.1可重入代碼設計/458

10.3.2軟體看門狗方法/462

10.3.3避免頻繁地創建、取消任務/465

10.3.4基於狀態機方法設計軟體邏輯/466

10.3.5FPGA IP核開發流程/466

10.3.6生成可執行的嵌入式軟體/469

10.4軟體工程方法/477

10.4.1模型驅動的開發方法: 從V模型到

Y模型/477

10.4.2軟硬體協同設計/479

10.4.3制定編碼規範/480

10.5小結/482

習題/482

第11章調試、測試與仿真方法/483

11.1嵌入式軟體調試/483

11.1.1基於宿主機的調試/484

11.1.2ROM Monitor軟體調試/486

11.1.3ROM仿真器/487

11.1.4ICE線上仿真器/488

11.1.5JTAG調試/490

11.2嵌入式軟體測試/492

11.2.1基本測試方法與指標/493

11.2.2測試工具的使用/498

11.3系統仿真驗證技術/502

11.3.1計算機仿真方法及其原理/503

11.3.2可視化技術/505

11.4小結/507

習題/507

參考文獻/508

後記/513附路遙先生《個人小結(草稿)》/515

嵌入式系統體系、原理與設計

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