嵌入式系統體系、原理與設計（第2版）

《嵌入式系統體系、原理與設計（第2版）》是2023年清華大學出版社出版的圖書，作者是張凱龍。

基本介紹

• 中文名：嵌入式系統體系、原理與設計（第2版）
• 作者：張凱龍
• 出版時間：2023年12月1日
• 出版社：清華大學出版社
• ISBN：9787302650980 
• 定價：79.90 元

內容簡介

本書基於多維融合知識體系展開闡述，系統、全面闡述了嵌入式計算機系統的體系、原理與設計方法等內容。全書共11章，首先介紹嵌入式系統概念、內涵、組成、演化及發展趨勢，然後分數字電路與嵌入式硬體、嵌入式（系統）軟體以及嵌入式系統開發方法三大部分展開論述。硬體部分闡述嵌入式系統硬體設計相關的基礎數字電路、（異構）處理器、存儲器、最小系統外圍電路及I/O接口擴展等硬體組件的基本原理和設計方法；軟體部分闡述嵌入式軟體的體系結構與基礎組件，嵌入式（實時）作業系統的典型模型、服務機制和套用方式，以及主流的嵌入式圖形庫、檔案系統、資料庫等系統軟體組件；設計與開發部分闡述嵌入式軟體與系統的開發機制以及典型的調試、測試、仿真方法。

圖書目錄

目錄

第1章概述1

1.1背景延伸： 現代信息與計算概念的緣起1

1.1.1麥克斯韋妖、信息與智慧1

1.1.2計算理論與技術的出現3

1.1.3現代計算機技術的誕生與演化5

1.1.4電子通信與網路技術發展8

1.2理解嵌入式系統9

1.2.1計算裝置的可嵌入發展9

1.2.2嵌入式系統內涵的演化11

1.2.3相關術語辨析15

1.3嵌入式系統的組成與特點17

1.3.1組成結構17

1.3.2技術特點與發展趨勢18

1.4知識體系23

1.5小結26

習題26

第2章嵌入式硬體基礎27

2.1器件和電路術語及基本元件27

2.1.1器件術語27

2.1.2電路術語30

2.1.3基本元件32

2.2嵌入式系統硬體組成38

2.2.1硬體基本架構模型38

2.2.2處理器子系統39

2.2.3存儲子系統41

2.2.4時鐘子系統42

2.2.5I/O子系統44

2.3嵌入式系統硬體典型形式44

2.3.1基於通用計算機擴展的嵌入式硬體44

2.3.2基於領域標準模組集成的嵌入式硬體45

2.3.3面向具體產品的專用嵌入式硬體47

2.4硬體設計基本方法48

2.4.1Protel EDA軟體48

2.4.2電路設計基本流程51

2.4.3電磁兼容性問題53

2.4.4低功耗問題57

2.4.5嵌入式硬體設計示例58

2.5小結67

習題67

第3章嵌入式處理器68

3.1處理器模型與邏輯體系68

3.1.1處理器基本組成模型 68

3.1.2典型處理器架構72

3.2嵌入式處理器的類型及特點76

3.2.1嵌入式微控制器76

3.2.2嵌入式微處理器78

3.2.3數位訊號處理器80

3.2.4可程式邏輯器件83

3.2.5片上系統91

3.2.6多核、眾核處理器94

3.3典型嵌入式處理器體系102

3.3.1ARM架構102

3.3.2MIPS架構117

3.3.3PowerPC架構122

3.4性能評價指標131

3.5小結133

習題133

第4章嵌入式存儲技術134

4.1基本存儲體系與模型134

4.1.1嵌入式系統存儲體系134

4.1.2存儲器結構模型135

4.1.3存儲器基本操作流程136

4.1.4存儲器指標137

4.2存儲器分類及特性139

4.2.1隻讀存儲器139

4.2.2隨機存儲器144

4.2.3混合存儲器155

4.3存儲器測試與驗證173

4.3.1可讀寫存儲器的測試173

4.3.2隻讀存儲器測試174

4.4小結176

習題176

第5章最小系統與外圍電路設計178

5.1理解最小系統178

5.2電源電路179

5.2.1電源電路設計方法179

5.2.2延伸： 電源管理與低功耗設計183

5.3復位電路187

5.3.1上電復位188

5.3.2手動復位193

5.3.3看門狗復位195

5.3.4軟體復位196

5.4時鐘電路200

5.4.1信號源： 振盪電路原理200

5.4.2多時鐘管理205

5.4.3延伸： 時鐘管理與低功耗設計211

5.5電路抖動與消抖211

5.5.1抖動現象與危害211

5.5.2硬體消抖213

5.5.3軟體消抖215

5.6小結217

習題217

第6章接口、匯流排與網路擴展218

6.1通用I/O與串列匯流排218

6.1.1GPIO218

6.1.2SPI222

6.1.3SDIO231

6.1.4I2S236

6.1.5I2C242

6.1.6UART與USART246

6.2典型工業匯流排、背板匯流排及網路258

6.2.1CAN匯流排258

6.2.2實時工業乙太網268

6.2.3VPX匯流排274

6.3無線接口與網路281

6.3.1ZigBee281

6.3.2藍牙287

6.3.3WiFi299

6.3.4NFC301

6.4小結306

習題306

第7章嵌入式軟體結構與基礎軟體組件308

7.1計算系統的啟動與運行過程308

7.1.1通用計算機啟動過程分析308

7.1.2嵌入式系統啟動過程分析309

7.2嵌入式軟體結構312

7.2.1基於裸機的嵌入式軟體結構312

7.2.2基於嵌入式作業系統的嵌入式軟體結構313

7.3基礎軟體組件315

7.3.1ROM Monitor315

7.3.2BootLoader318

7.3.3BSP326

7.3.4虛擬機監控程式336

7.3.5容器、微服務與雲原生 344

7.4小結346

習題347

第8章嵌入式作業系統及其服務機制348

8.1架構與模型348

8.1.1宏核心、微核心與超微核心348

8.1.2功能模型350

8.2服務機制353

8.2.1基本概念353

8.2.2關於實時364

8.2.3核心服務機制369

8.3典型嵌入式作業系統387

8.3.1RTX51387

8.3.2μC/OS388

8.3.3嵌入式Linux系列390

8.3.4VxWorks395

8.3.5SylixOS397

8.3.6鴻蒙作業系統400

8.3.7其他嵌入式作業系統402

8.4小結407

習題407

第9章嵌入式軟體組件409

9.1嵌入式圖形庫與圖形組件409

9.1.1μC/GUI與emWin409

9.1.2NanoX Window412

9.1.3MiniGUI413

9.1.4Qt419

9.1.5可程式圖形界面屏423

9.2嵌入式檔案系統424

9.2.1JFFS/JFFS2425

9.2.2YAFFS/YAFFS2428

9.2.3UBIFS432

9.2.4隻讀檔案系統434

9.2.5RAM檔案系統435

9.3嵌入式資料庫437

9.3.1SQLite438

9.3.2Berkeley DB439

9.3.3eXtremeDB441

9.4嵌入式網路協定棧443

9.5小結444

習題444

第10章嵌入式套用軟體設計方法445

10.1嵌入式套用軟體典型結構445

10.1.1輪轉結構445

10.1.2前後台軟體結構447

10.1.3函式佇列調度結構450

10.1.4基於嵌入式作業系統的軟體結構451

10.2中斷與數據共享問題453

10.2.1中斷服務程式設計453

10.2.2避免/消除數據共享457

10.3嵌入式軟體設計機制464

10.3.1可重入代碼設計464

10.3.2軟體看門狗方法468

10.3.3避免頻繁地創建、銷毀任務471

10.3.4基於狀態機方法設計軟體邏輯472

10.3.5FPGA IP核開發流程473

10.3.6生成可執行的嵌入式軟體474

10.4軟體工程方法484

10.4.1模型驅動的開發方法： 從V模型到Y模型484

10.4.2軟硬體協同設計486

10.4.3DevOps方法487

10.4.4制定編碼規範489

10.5小結491

習題491

第11章調試、測試與仿真方法492

11.1嵌入式軟體調試492

11.1.1基於宿主機的調試493

11.1.2ROM Monitor軟體調試495

11.1.3ROM仿真器496

11.1.4線上仿真器497

11.1.5JTAG調試499

11.2嵌入式軟體測試501

11.2.1基本測試方法與指標502

11.2.2測試工具的使用507

11.3系統仿真驗證技術511

11.3.1計算機仿真方法及其原理512

11.3.2可視化技術514

11.4小結516

習題516

後記517

參考文獻518