《微處理器系統結構與嵌入式系統設計（第3版）》是由閻波、李廣軍、林水生、周亮編著，電子工業出版社於2020年8月出版的“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材、電子信息科學與工程類專業系列教材。該書可作為高等院校通信工程、電子信息工程、自動控制、積體電路等相關專業本科生的微機原理、嵌入式系統、計算機系統設計等課程的教材，對相關研發人員也較有益處。
該書共11章，介紹了基於ARM核心的嵌入式微處理器系統的體系結構、組成原理、工程設計方法和核心設計技術。全書首先講述微處理器系統的組成、系統結構的基本概念和原理；然後從邏輯電路、IP核設計的層次，對微處理器的體系結構、指令系統設計的核心技術進行深入研討，揭示了微處理器系統中軟體指令和硬體電路之間的接口聯繫、工程設計方法與流程。
基本介紹
- 書名：微處理器系統結構與嵌入式系統設計（第3版）
- 作者：閻波、李廣軍、林水生、周亮
- 類別：“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材、電子信息科學與工程類專業系列教材
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2020年8月
- 頁數：308 頁
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝
- ISBN：9787121358227
- 字數：493千字
- CIP核字號：2018289510
成書過程,修訂背景,修訂情況,內容簡介,教材目錄,教學資源,教材特色,作者簡介,
成書過程
修訂背景
隨著網際網路3.0時代的到來，以用戶為導向的泛在通信與普適計算正在重新定義人類的生活方式與工作方式，基於物聯網革命的新經濟世界正在形成。
然而，與新經濟形勢下的行業需求和市場潛力相比，中國高校嵌入式微處理器系統工程設計人才的培養水平仍然普遍存在著不足。新技術形勢下的信息技術行業對高校相關係列課程的教學質量又一次提出了新的要求，如何面向未來產業界、打破學科隔離、培養具有複合能力的引領性跨學科工程創新人才，正是中國國內各高校普遍面臨的且需要解決的問題。
電子科技大學“微處理器與嵌入式系統”課程組自2009年起即在校內大規模開展了對“微機原理及套用技術”系列課程的改革。
修訂情況
在總結教學經驗、教訓及建議的基礎上，課程組編寫了該書第3版，保留了前版的主要知識主線及組織結構，修訂並補充了產業界的新發展技術，並將少部分內容調整成手機掃碼閱讀的形式，以便於這些內容的動態更新。為便於讀者較快掌握嵌入式微處理器系統的主流工程設計方法和核心技術，提升工程素質和設計能力，教材強調了基本設計原理與先進工程理念的結合。
該書得到了電子科技大學教務處，以及ARM、Xilinx、TI和ST等公司的支持。該書參考了相關著作及文獻，得到了中國國內外一些專家和教授的建議、幫助和支持。電子科技大學“微處理器與嵌入式系統”課程組的黃樂天、劉民岷、胡哲峰、吳獻鋼、肖寅東、趙貽玖及其他所有教師，電子科技大學“物聯網智慧型晶片與系統”科研團隊的所有教師及部分研究生，安謀科技（中國）有限公司的陳煒博士，南京積體電路產業服務中心的陳俊彥先生，以及依元素科技有限公司技術總監秦嶺先生和銷售總監夏良波先生，在該書的編寫及慕課資源的建設過程中也給與了幫助。
2020年8月，《微處理器系統結構與嵌入式系統設計（第3版）》由電子工業出版社出版發行。
內容簡介
該書共11章，重點介紹了ARM核心及其軟硬體系統的結構、組成與套用，同時從邏輯電路和ARM核心的設計層次，剖析了嵌入式微處理器系統的控制器、數據通路等主要功能部件的工作原理和內部結構。書中討論了基於ARM核心的微處理器軟硬體系統的結構及組成，並著重探討了嵌入式作業系統的系統結構、作業系統移植、引導和載入等關鍵技術；書中還討論了嵌入式系統的軟硬體協同設計及基於ARM核心的SoC設計技術。
教材目錄
第1章 概述 (1) 1.1 計算機的發展 (1) 1.1.1 電子計算機技術 (1) 1.1.2 普適計算與泛在通信 (2) 1.2 積體電路與SoC設計 (6) 1.2.1 積體電路技術 (6) 1.2.2 基於IP的SoC設計 (6) 1.3 先進處理器技術 (9) 1.3.1 片上多核處理器 (9) 1.3.2 流處理器 (10) 1.3.3 存內處理器 (11) 1.3.4 可重構處理器 (12) 1.4 嵌入式系統 (14) 1.4.1 嵌入式系統的概念 (14) 1.4.2 嵌入式系統的組成 (15) 1.4.3 嵌入式系統中的處理器 (16) 1.4.4 嵌入式系統的發展趨勢 (17) 1.4.5 學習嵌入式系統的意義 (18) 習題 (18) 第2章 計算機系統的結構組成與工作原理 (19) 2.1 計算機系統的基本結構與組成 (19) 2.1.1 計算機系統的層次模型 (19) 2.1.2 計算機系統的結構、組織與實現 (21) 2.2 計算機系統的工作原理 (22) 2.2.1 馮·諾依曼計算機架構 (22) 2.2.2 模型機系統結構 (23) 2.2.3 模型機指令集 (26) 2.2.4 模型機工作流程 (27) 2.3 微處理器體系結構的改進 (28) 2.3.1 馮·諾依曼結構的改進 (29) 2.3.2 並行技術的發展 (33) 2.3.3 流水線結構 (34) 2.3.4 超標量與超長指令字結構 (36) 2.3.5 多機與多核結構 (38) 2.4 計算機體系結構分類 (40) 2.5 計算機性能評測 (42) 2.5.1 字長 (42) 2.5.2 存儲容量 (43) 2.5.3 運算速度 (43) 習題 (44) 第3章 微處理器體系結構及關鍵技術 (46) 3.1 微處理器體系結構及功能模組 (46) 3.1.1 微處理器的基本功能 (46) 3.1.2 微處理器的基本結構 (47) 3.1.3 一個簡化的微處理器模型示例 (48) 3.2 微處理器設計 (50) 3.2.1 微處理器的設計步驟 (50) 3.2.2 控制器的操作與功能 (51) 3.2.3 硬連邏輯控制器設計 (53) 3.2.4 微程式控制器設計 (55) 3.2.5 暫存器組設計 (57) 3.3 指令系統設計 (58) 3.3.1 機器指令系統 (58) 3.3.2 指令格式 (59) 3.3.3 定址方式 (60) 3.3.4 指令系統設計要點 (64) 3.4 指令流水線技術 (64) 3.4.1 流水線技術的特點 (65) 3.4.2 流水線技術的局限性 (67) 3.4.3 指令流水線的性能指標 (70) 3.5 典型微處理器體系結構簡介 (71) 3.5.1 ARM體系結構 (71) 3.5.2 Intel x86體系結構 (72) 習題 (74) 第4章 匯流排技術與匯流排標準 (75) 4.1 匯流排技術 (75) 4.1.1 概述 (75) 4.1.2 匯流排仲裁 (79) 4.1.3 匯流排操作與時序 (81) 4.1.4 串列匯流排 (85) 4.2 匯流排標準 (88) 4.2.1 片上AMBA匯流排 (88) 4.2.2 PCI系統匯流排 (95) 4.2.3 PCI-E匯流排標準 (105) 4.2.4 通用異步串列匯流排標準 (114) 習題 (116) 第5章 存儲器系統 (117) 5.1 存儲器件的分類 (117) 5.1.1 按存儲介質分類 (117) 5.1.2 按讀寫策略分類 (120) 5.2 半導體存儲晶片的基本結構與性能指標 (121) 5.2.1 隨機存取存儲器 (121) 5.2.2 唯讀存儲器 (128) 5.2.3 存儲器晶片的性能指標 (132) 5.3 存儲系統的層次結構 (133) 5.3.1 存儲系統的分層管理 (134) 5.3.2 虛擬存儲器與地址映射 (136) 5.3.3 現代計算機的多層次存儲體系結構 (139) 5.4 主存儲器設計技術 (142) 5.4.1 存儲晶片選型 (143) | 5.4.2 存儲晶片的組織形式 (143) 5.4.3 地址解碼技術 (148) 5.4.4 存儲器接口設計 (152) 習題 (154) 第6章 輸入/輸出接口 (157) 6.1 輸入/輸出接口基礎 (157) 6.1.1 輸入/輸出接口的功能與結構 (157) 6.1.2 輸入/輸出連線埠編址 (160) 6.2 接口地址解碼 (161) 6.3 接口信息傳輸方式 (163) 6.3.1 程式查詢傳輸方式 (163) 6.3.2 程式中斷傳輸方式 (165) 6.3.3 直接存儲器訪問(DMA)傳輸方式 (172) 6.3.4 通道傳輸方式 (175) 6.4 並行接口 (176) 6.4.1 無聯絡信號的並行接口 (176) 6.4.2 帶聯絡信號的並行接口 (180) 6.4.3 可程式並行接口 (181) 6.5 串列接口 (185) 6.5.1 同步串列接口 (185) 6.5.2 異步串列接口 (188) 習題 (190) 第7章 ARM微處理器編程模型 (192) 7.1 ARM核心體系結構 (192) 7.2 ARM編程模型 (195) 7.2.1 ARM微處理器工作狀態 (195) 7.2.2 ARM微處理器工作模式 (195) 7.2.3 暫存器組織 (196) 7.2.4 數據類型和存儲格式 (200) 7.2.5 異常 (200) 習題 (204) 第8章 ARM彙編指令 (205) 8.1 ARM指令格式 (205) 8.1.1 ARM指令的一般編碼格式 (205) 8.1.2 ARM指令的條件碼域 (206) 8.1.3 ARM指令的第二源運算元 (207) 8.2 ARM定址方式 (209) 8.2.1 數據處理類運算元定址方式 (209) 8.2.2 記憶體運算元定址方式 (210) 8.3 ARM指令集 (213) 8.3.1 數據處理指令 (214) 8.3.2 轉移指令 (223) 8.3.3 程式狀態暫存器訪問指令 (226) 8.3.4 載入/存儲指令 (227) 8.3.5 異常產生指令 (234) 8.3.6 偽指令 (235) 習題 (236) 第9章 ARM程式設計 (237) 9.1 ARM彙編語言程式設計 (237) 9.1.1 ARM彙編語言程式結構 (237) 9.1.2 ARM彙編語言程式設計實例 (238) 9.2 ARM彙編語言與C/C++的混合編程 (245) 9.2.1 C語言與彙編語言之間的函式調用 (246) 9.2.2 C/C++語言內嵌彙編語言 (250) 習題 (253) 第10章 基於ARM微處理器的嵌入式系統設計 (256) 10.1 基於ARM核心的微處理器簡介 (256) 10.2 最小硬體系統 (257) 10.2.1 電源模組 (258) 10.2.2 時鐘模組 (259) 10.2.3 復位模組 (260) 10.2.4 JTAG調試接口模組 (261) 10.2.5 存儲器模組 (261) 10.3 人機互動接口 (264) 10.4 通信接口 (266) 10.4.1 UART接口 (266) 10.4.2 其他通信接口 (272) 10.5 嵌入式軟體系統結構及工作流程 (272) 10.5.1 嵌入式軟體系統結構 (273) 10.5.2 嵌入式軟體系統的工作流程 (274) 10.6 嵌入式軟體系統的引導和載入 (274) 10.7 嵌入式Linux (276) 10.7.1 嵌入式Linux結構 (276) 10.7.2 Linux核心檔案 (279) 習題 (280) 第11章 基於ARM核心的SoC設計 (282) 11.1 SoC概述 (282) 11.2 SoC的組成結構 (283) 11.3 SoC的片上匯流排 (284) 11.3.1 片上匯流排的特點 (284) 11.3.2 片上匯流排標準 (285) 11.4 SoC的設計技術 (286) 11.4.1 SoC設計中的關鍵技術 (286) 11.4.2 SoC的系統級設計 (289) 11.4.3 SoC的硬體設計流程 (290) 11.5 基於ARM核心的SoC系統設計 (291) 11.5.1 基於ARM核心的SoC系統結構 (291) 11.5.2 基於ARM核心的SoC系統套用設計舉例 (295) 習題 (298) |
（註：目錄排版順序為從左列至右列）
教學資源
- 課程資源
《微處理器系統結構與嵌入式系統設計（第3版）》有配套的慕課——“微處理器與嵌入式系統設計”。
課程名稱 | 微處理器與嵌入式系統設計 |
|---|---|
類別 | 慕課、國家精品線上開放課程 |
建設院校 | |
授課平台 | 中國大學MOOC |
授課教師 | 閻波、劉民岷、林水生、周亮 |
《微處理器系統結構與嵌入式系統設計（第3版）》有配套的教學課件與教學實驗裝置，並將參考資料和附錄等檔案以二維碼形式呈現在書中。
教材特色
1.加強了微處理器系統的組成原理和系統結構等基礎理論
計算機系統結構與組織理論是設計實現計算機系統的基石。無論通用計算機系統還是嵌入式計算機系統，無論採用哪種CPU晶片，其組成原理與系統結構本質上都是非常類似的。只有具備了這些基礎知識才能夠真正理解計算機的行為原理，真正做到舉一反三。
2.深入探討了微處理器的體系結構、指令系統等關鍵核心技術
從邏輯電路、ARM核心和IP設計的層次，對微處理器的體系結構、指令系統及其特性進行較深入的研究和討論，深入探討了微處理器系統的硬體與軟體兩者之間的相互影響，重點揭示了微處理器系統中軟體指令和硬體電路之間的接口聯繫及綜合設計工程方法。
3.選用基於ARM核心的嵌入式微處理器系統
對基於ARM核心的微處理器軟硬體系統的結構及組成進行了較深入的介紹，通過對ARM微處理器的學習和理解，以利讀者以後理解和掌握PowerPC、MIPS和8051等其他CPU核心的工作原理和設計技術，從而理解微處理器體系結構，了解嵌入式系統的主流工程設計技術和理念，以便寫出直接與底層硬體互動的高效代碼。
4.強調嵌入式作業系統的系統結構、系統移植、引導和載入等核心技術
鑒於作業系統在嵌入式系統中的套用日益廣泛，重點講述了嵌入式軟體系統結構及工作流程、ARM嵌入式軟體系統的引導和載入、嵌入式Linux核心的移植等核心軟體設計技術，有助於讀者建立較完整的計算機系統結構，理解嵌入式系統的工作原理，培養讀者的工程設計能力和素質。
5.引入嵌入式系統的軟硬體協同設計及基於ARM核心的SoC設計技術
為了引入嵌入式系統的軟硬體協同設計及基於ARM核心的SoC設計技術，讀者不僅要會使用現成的積體電路晶片搭建套用系統，還要了解如何使用已有IP核或自行設計IP核構建面向套用的片上系統，使讀者較快掌握電子系統設計工程師必備的技術和工程設計方法。通過實驗課這一平台，為讀者進一步掌握SoC系統設計技術提供了基本的知識體系結構。
作者簡介
閻波，電子科技大學信息與通信工程學院物聯網工程系物聯網智慧型晶片與系統團隊教授，研究方向：通信ASIC/SoC設計、人工智慧與物聯網定位、嵌入式微系統設計、移動通信技術、智慧型電網、通信信號分析與信息處理。
李廣軍，男，博士，電子科技大學地球信息探測儀器研究所教授，任中國通信學會通信專用積體電路委員會委員、國家學位辦電子與通信領域”工程碩士研究生指導小組副組長、中國通信學會高級會員。
林水生，電子科技大學信息與通信工程學院教授、碩士生導師，從事嵌入式系統、信號處理、無線通信系統、無線感測器網路、通信積體電路設計等方面的研究與教學工作。
周亮，電子科技大學信息與通信工程學院物聯網工程系物聯網智慧型晶片與系統團隊副教授，研究方向：物聯網智慧型晶片與微系統設計，智慧型感測網，通信信號分析與信息處理等。
