嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教程

　　內(nèi)容簡(jiǎn)介目錄本書是《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用系列教程》中的理論教程。在本教程內(nèi)容設(shè)計(jì)上，首先完整講述了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和ARM技術(shù)，然后結(jié)合基于ARM處理器的嵌入式實(shí)際工程例程，系統(tǒng)講述了嵌入式應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，形成了從易到難、相對(duì)完整、貼近實(shí)際工程應(yīng)用的嵌入式理論教學(xué)體系。結(jié)合本系列教程的實(shí)驗(yàn)教程，可使讀者快速、全面地掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)技能。本書是基于32位ARM處理器的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教學(xué)體系的重要組成部分，并配套多媒體教學(xué)課件。本書可作為高等院校計(jì)算機(jī)、電類專業(yè)本科生、研究生以及相關(guān)工程技術(shù)人員進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)教學(xué)及培訓(xùn)的教材，也可作為基于ARM核嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的工程技術(shù)人員的參考資料。本書屬于《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用系列教程》的理論教程，是基于32位ARM的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系建設(shè)的重要組成部分。本書以嵌入式系統(tǒng)的基本開發(fā)技術(shù)為主線，以ARM處理器核及國內(nèi)應(yīng)用廣泛的SAMSUNG公司S3C44B0X（基于ARM7TDMI）為硬件平臺(tái)，系統(tǒng)講述了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基本知識(shí)、基本流程和基本方法及以ARM微處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程。為了提升目前我國嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)水平而又不脫離目前的教學(xué)實(shí)際，在本系列教程中的理論課程內(nèi)容的設(shè)置和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的開發(fā)過程中，我們既強(qiáng)調(diào)嵌入式基礎(chǔ)教育，打好嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的基礎(chǔ)，又面向?qū)嶋H工程應(yīng)用，提升嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的實(shí)用性和工程性。本書按技術(shù)內(nèi)容分為7章，共5大部分，各部分具體內(nèi)容及包含的章節(jié)如下。第1部分： 為書的第1章，主要介紹了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)知識(shí)。內(nèi)容包括嵌入式系統(tǒng)基本概念、組成結(jié)構(gòu)、硬件組成、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件開發(fā)、開發(fā)流程和發(fā)展趨勢(shì)。通過本章的學(xué)習(xí)，可使讀者系統(tǒng)地建立起嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的整體概念和知識(shí)體系。第2部分：為書的第2章，主要對(duì)ARM技術(shù)進(jìn)行全面論述。通過本章的學(xué)習(xí)，可使讀者對(duì)ARM技術(shù)有個(gè)全面的了解，并建立起以ARM技術(shù)為基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和以ARM核為基礎(chǔ)的嵌入式SoC芯片設(shè)計(jì)的技術(shù)框架。在學(xué)習(xí)本部分時(shí)，讀者可根據(jù)不同情況有所取舍。第3部分： 為書的第3、4、5章。主要介紹了嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。第3章主要介紹ARM指令集。第4章主要介紹Thumb指令集。ARM和Thumb兩種指令集只是基于ARM的嵌入式編程的基礎(chǔ)。第5章主要講述如何運(yùn)用前面學(xué)過的匯編指令并結(jié)合C語言來進(jìn)行嵌入式程序設(shè)計(jì)。首先介紹了偽操作、宏指令和偽指令等嵌入式匯編語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，然后講述了ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)。本章以實(shí)際例程中用到的C語言講述了嵌入式C語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上列舉了一個(gè)嵌入式C程序設(shè)計(jì)實(shí)例；對(duì)于嵌入式編程技巧和C語言與匯編語言混合編程也進(jìn)行了簡(jiǎn)述；最后通過一個(gè)基于Embest IDE for ARM開發(fā)環(huán)境下的嵌入式軟件開發(fā)與調(diào)試實(shí)例講述了嵌入式軟件開發(fā)流程和開發(fā)工具的使用。在本章講述中，密切結(jié)合嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)際例程，通過學(xué)習(xí)，可使讀者掌握嵌入式程序設(shè)計(jì)的基本知識(shí)、基本方法和基本流程。本部分一些程序代碼和內(nèi)容可見《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程（第2版）》所附光盤。第4部分：為書的第6章。主要講述的是基于S3C44B0X的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)。SAMSUNG公司的S3C44B0X片上功能很強(qiáng)大，是國內(nèi)應(yīng)用廣泛的基于ARM7TDMI內(nèi)核的SoC。本部分以S3C44B0X為例，對(duì)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)行全面介紹，涉及片上基本功能模塊及這些模塊的應(yīng)用開發(fā)；在此基礎(chǔ)上還介紹了基于S3C44B0X的S3CEV40開發(fā)板設(shè)計(jì)，并對(duì)基于S3CEV40的啟動(dòng)程序開發(fā)進(jìn)行了講述?；赟3C44B0X的應(yīng)用功能開發(fā)詳見《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程》。通過這些嵌入式外圍主要模塊應(yīng)用功能開發(fā)的學(xué)習(xí)，可使讀者對(duì)于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)有一個(gè)全面了解。本部分一些程序代碼和內(nèi)容可見《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程（第2版）》所附光盤。第5部分： 為書的第7章，主要對(duì)于嵌入式操作系統(tǒng)μC/OSⅡ和μCLinux的基本知識(shí)進(jìn)行講述，在此基礎(chǔ)上分別對(duì)基于S3C44B0X的移植及應(yīng)用開發(fā)進(jìn)行介紹。通過本書的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生用最短的時(shí)間掌握32位嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)際操作能力和高端嵌入式產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)能力，盡而滿足社會(huì)對(duì)高素質(zhì)、開拓型嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人才的需求。本書包含大量軟件和硬件設(shè)計(jì)資源，可作為基于ARM核嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)參考手冊(cè)；也可作為計(jì)算機(jī)、電類專業(yè)本科生和研究生以及相關(guān)工程技術(shù)人員進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)教學(xué)及培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)和參考教材。基于ARM的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)體系建設(shè)剛剛開始，而嵌入式應(yīng)用開發(fā)又涉及軟、硬件及操作系統(tǒng)等復(fù)雜的知識(shí)，因此它的教學(xué)體系，尤其是面向?qū)嶋H開發(fā)應(yīng)用的教學(xué)體系的建立，是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本書力求為該系統(tǒng)工程的建設(shè)做一些基礎(chǔ)性工作，并真誠地歡迎讀者就此提出寶貴的意見和建議。田澤2005年1月 第1章 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)1.1 嵌入式系統(tǒng)的基本概念11.1.1 嵌入式計(jì)算機(jī)11.1.2 嵌入式系統(tǒng)的概念51.1.3 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)61.1.4 嵌入式系統(tǒng)的分類91.1.5 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍91.1.6 嵌入式技術(shù)是中國IT發(fā)展的難得機(jī)遇91.2 嵌入式系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)101.2.1 嵌入式系統(tǒng)硬件基本結(jié)構(gòu)介紹111.2.2 嵌入式系統(tǒng)軟件的層次結(jié)構(gòu)121.2.3 啟動(dòng)程序BootLoader介紹141.3 嵌入式系統(tǒng)的硬件組成151.3.1 嵌入式處理器151.3.2 典型嵌入式處理器介紹161.3.3 嵌入式SoC211.3.4 可編程片上系統(tǒng)SOPC221.3.5 嵌入式外圍接口電路和設(shè)備接口241.4 嵌入式操作系統(tǒng)251.4.1 嵌入式操作系統(tǒng)介紹261.4.2 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)261.4.3 典型嵌入式操作系統(tǒng)介紹281.5 嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)311.5.1 嵌入式軟件開發(fā)的特點(diǎn)和技術(shù)挑戰(zhàn)311.5.2 嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境321.5.3 嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)的基本流程351.5.4 嵌入式軟件開發(fā)的可移植性和可重用性391.6 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程401.6.1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)考慮的要素411.6.2 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)411.6.3 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的基本流程421.7 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)441.7.1 即將來臨的以ARM為核心的32位浪潮441.7.2 嵌入式系統(tǒng)與Internet的融合461.7.3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)47習(xí)題48第2章 ARM技術(shù)概述2.1 ARM體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷史和技術(shù)特征502.1.1 ARM技術(shù)的發(fā)展歷程512.1.2 ARM體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征532.2 ARM體系結(jié)構(gòu)不同版本的發(fā)展概述542.2.1 ARM體系結(jié)構(gòu)的基本版本542.2.2 ARM體系結(jié)構(gòu)的演變572.2.3 ARM體系結(jié)構(gòu)的命名規(guī)則592.3 Thumb技術(shù)介紹592.3.1 Thumb的技術(shù)概述602.3.2 Thumb的技術(shù)特點(diǎn)602.4 ARM處理器工作狀態(tài)602.5 ARM處理器工作模式612.6 ARM寄存器組成622.6.1 ARM寄存器組成概述622.6.2 ARM狀態(tài)下的寄存器組織632.6.3 Thumb狀態(tài)下的寄存器組織682.7 ARM的異常中斷692.7.1 ARM的異常中斷響應(yīng)過程702.7.2 從異常中斷處理程序中返回712.7.3 異常中斷向量表732.7.4 異常中斷的優(yōu)先級(jí)732.8 ARM典型流水線技術(shù)簡(jiǎn)介742.8.1 ARM的3級(jí)流水線簡(jiǎn)介742.8.2 ARM的5級(jí)流水線簡(jiǎn)介752.9 ARM存儲(chǔ)器接口及存儲(chǔ)器層次772.9.1 ARM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型和存儲(chǔ)格式772.9.2 ARM的存儲(chǔ)器層次簡(jiǎn)介782.10 ARM協(xié)處理器792.11 ARM片上總線AMBA792.12 ARM的調(diào)試結(jié)構(gòu)802.13 ARM核綜述812.13.1 ARM7系列核822.13.2 ARM9系列核872.13.3 ARM10系列核892.13.4 StrongARM和XScale系列核912.13.5 SecurCore系列核942.14 基于ARM核的芯片選擇952.14.1 應(yīng)用角度的ARM芯片選擇原則952.14.2 多內(nèi)核ARM角度的芯片選擇原則97習(xí)題98第3章 ARM指令集3.1 ARM指令集概述993.1.1 ARM指令集編碼993.1.2 條件執(zhí)行1003.1.3 指令分類及指令格式1013.2 ARM尋址方式1023.2.1 立即尋址1023.2.2 寄存器尋址1043.2.3 寄存器間接尋址1053.2.4 基址加偏址尋址1063.2.5 堆棧尋址1083.2.6 塊拷貝尋址1093.2.7 相對(duì)尋址1113.3 ARM指令詳細(xì)介紹1113.3.1 數(shù)據(jù)處理指令1113.3.2 Load/Store指令1193.3.3 狀態(tài)寄存器與通用寄存器之間的傳送指令1283.3.4 轉(zhuǎn)移指令1313.3.5 異常中斷產(chǎn)生指令1353.3.6 協(xié)處理器指令1383.3.7 未使用的指令空間142習(xí)題144第4章 Thumb指令集4.1 Thumb指令集概述1474.1.1 Thumb指令集編碼1484.1.2 Thumb狀態(tài)切換1484.1.3 編程模型1494.1.4 Thumb指令集特點(diǎn)1504.2 Thumb指令詳細(xì)介紹1514.2.1 Thumb數(shù)據(jù)處理指令1514.2.2 Thumb轉(zhuǎn)移指令1594.2.3 數(shù)據(jù)存取指令1634.2.4 異常中斷指令169習(xí)題171第5章 基于ARM的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)5.1 ARM匯編語言的偽操作、宏指令與偽指令1735.1.1 2種編譯模式的集成開發(fā)環(huán)境IDE介紹1745.1.2 ADS編譯環(huán)境下的ARM偽操作和宏指令1745.1.3 GNU編譯環(huán)境下的ARM偽操作與宏指令2015.1.4 ARM匯編語言的偽指令2115.2 ARM匯編語言程序設(shè)計(jì)2155.2.1 ARM匯編中的文件格式2155.2.2 ARM匯編語言語句格式2155.2.3 ARM匯編語言編程的重點(diǎn)2255.2.4 ARM匯編程序?qū)嵗?325.3 嵌入式C語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2385.3.1 C語言的"預(yù)處理偽指令"在嵌入式程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用2385.3.2 嵌入式程序設(shè)計(jì)中的函數(shù)及函數(shù)庫2445.3.3 嵌入式程序設(shè)計(jì)中常用的C語言語句2475.3.4 嵌入式程序設(shè)計(jì)中C語言的變量、數(shù)組、結(jié)構(gòu)和聯(lián)合2525.4 嵌入式C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)例2595.4.1 實(shí)例實(shí)現(xiàn)功能介紹2595.4.2 實(shí)例實(shí)現(xiàn)程序源代碼介紹2615.5 嵌入式C語言程序設(shè)計(jì)技巧2695.5.1 變量定義2695.5.2 參數(shù)傳遞2715.5.3 循環(huán)條件2725.6 C語言與匯編語言混合編程2735.6.1 ATPCS介紹2735.6.2 內(nèi)嵌匯編2775.6.3 C語言和ARM匯編語言程序間相互調(diào)用2835.7 基于Embest IDE for ARM 環(huán)境的軟件開發(fā)實(shí)例286習(xí)題286第6章 基于S3C44B0X的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)實(shí)例6.1 S3C44B0X處理器介紹2906.1.1 SAMSUNG S3C44B0X簡(jiǎn)介2906.1.2 SAMSUNG S3C44B0X特點(diǎn)2906.1.3 S3C44B0X功能結(jié)構(gòu)框圖2946.1.4 S3C44B0X引腳信號(hào)描述2946.2 S3C44B0X存儲(chǔ)控制器功能及應(yīng)用開發(fā)2996.2.1 S3C44B0X存儲(chǔ)控制器概述3006.2.2 S3C44B0X存儲(chǔ)器空間劃分簡(jiǎn)述3006.2.3 S3C44B0X存儲(chǔ)控制器功能描述3016.2.4 S3C44B0X存儲(chǔ)控制器的特殊功能寄存器3026.2.5 S3C44B0X存儲(chǔ)器應(yīng)用編程3066.3 S3C44B0X I/O端口功能及應(yīng)用開發(fā)3066.3.1 S3C44B0X I/O功能概述3066.3.2 S3C44B0X端口功能配置3076.3.3 S3C44B0X端口功能控制描述3086.3.4 S3C44B0X I/O端口的特殊功能寄存器3106.3.5 S3C44B0XI/O端口應(yīng)用編程3156.4 S3C44B0X DMA功能及應(yīng)用開發(fā)3166.4.1 S3C44B0XDMA概述3166.4.2 S3C44B0XZDMA/BDMA操作3166.4.3 S3C44B0X DMA特殊功能寄存器3216.4.4 S3C44B0XDMA應(yīng)用編程3276.5 S3C44B0X UART接口功能及應(yīng)用開發(fā)3276.5.1 S3C44B0X UART概述3276.5.2 S3C44B0X UART的操作3286.5.3 S3C44B0X UART的特殊功能寄存器3326.5.4 S3C44B0X UART應(yīng)用編程3376.6 S3C44B0X中斷控制器功能及應(yīng)用開發(fā)3386.6.1 S3C44B0X中斷概述3386.6.2 S3C44B0X中斷控制器的操作3386.6.3 S3C44B0X中斷源3396.6.4 S3C44B0X矢量中斷模式3416.6.5 S3C44B0X中斷控制器的特殊功能寄存器3426.6.6 S3C44B0X中斷控制器應(yīng)用編程3476.7 S3C44B0X時(shí)鐘電源管理器功能及應(yīng)用開發(fā)3486.7.1 S3C44B0X時(shí)鐘電源管理器概述3486.7.2 S3C44B0X時(shí)鐘電源管理器功能描述3486.7.3 S3C44B0X時(shí)鐘發(fā)生器與電源管理特殊功能寄存器3536.7.4 S3C44B0X時(shí)鐘與電源管理器應(yīng)用編程3556.8 S3C44B0X PWM定時(shí)器功能及應(yīng)用開發(fā)3566.8.1 S3C44B0X PWM定時(shí)器概述3566.8.2 S3C44B0X PWM定時(shí)器工作原理3566.8.3 S3C44B0X PWM 定時(shí)器操作3576.8.4 S3C44B0X PWM定時(shí)器的特殊功能寄存器3606.8.5 S3C44B0X PWM定時(shí)器應(yīng)用編程3646.9 S3C44B0X LCD控制器功能及應(yīng)用開發(fā)3656.9.1 S3C44B0X LCD控制器概述3656.9.2 S3C44B0X LCD控制器的特性3656.9.3 S3C44B0X LCD外部接口信號(hào)3666.9.4 S3C44B0X LCD控制器框圖3666.9.5 S3C44B0X LCD 控制操作3676.9.6 S3C44B0X LCD視頻操作3686.9.7 S3C44B0X LCD控制器的特殊功能寄存器3716.9.8 S3C44B0X LCD控制器應(yīng)用編程3766.10 S3C44B0X A/D轉(zhuǎn)換器功能及應(yīng)用開發(fā)3766.10.1 S3C44B0X A/D轉(zhuǎn)換器概述3766.10.2 S3C44B0X A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)3766.10.3 S3C44B0X A/D轉(zhuǎn)換操作3766.10.4 S3C44B0X A/D轉(zhuǎn)換的特殊功能寄存器3796.10.5 S3C44B0X A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用編程3806.11 S3C44B0X RTC功能及應(yīng)用開發(fā)3806.11.1 S3C44B0X RTC概述3806.11.2 S3C44B0X RTC特性3816.11.3 S3C44B0X RTC操作3816.11.4 S3C44B0X RTC特殊功能寄存器3836.11.5 S3C44B0X RTC應(yīng)用編程3896.12 S3C44B0X看門狗定時(shí)器功能及應(yīng)用開發(fā)3896.12.1 S3C44B0X看門狗定時(shí)器概述3896.12.2 S3C44B0X看門狗定時(shí)器特殊功能寄存器3906.12.3 S3C44B0X看門狗定時(shí)器應(yīng)用編程3916.13 S3C44B0X I2C總線接口功能及應(yīng)用開發(fā)3916.13.1 S3C44B0X I2C總線概述3926.13.2 S3C44B0X I2C總線接口操作3936.13.3 S3C44B0X I2C接口特殊功能寄存器3966.13.4 S3C44B0X I2C總線應(yīng)用編程3996.14 S3C44B0X IIS總線接口功能及應(yīng)用開發(fā)3996.14.1 S3C44B0X IIS概述3996.14.2 S3C44B0X IIS特性3996.14.3 S3C44B0X IIS功能描述4006.14.4 S3C44B0X IIS接口工作模式4006.14.5 S3C44B0X音頻串行接口格式4016.14.6 S3C44B0X IIS接口特殊功能寄存器4036.14.7 S3C44B0X IIS應(yīng)用編程4066.15 S3C44B0X SIO功能及應(yīng)用開發(fā)4066.15.1 S3C44B0X SIO概述4066.15.2 S3C44B0X SIO特點(diǎn)4066.15.3 S3C44B0X SIO正常操作模式 4076.15.4 S3C44B0X SIO DMA 操作4086.15.5 S3C44B0X SIO 接口特殊功能寄存器4096.16 基于S3C44B0X的S3CEV40開發(fā)介紹4106.16.1 S3CEV40基本功能介紹4116.16.2 S3CEV40X外圍接口硬件資源簡(jiǎn)介4116.17 S3C44B0X啟動(dòng)程序設(shè)計(jì)416習(xí)題416第7章 嵌入式操作系統(tǒng)及開發(fā)簡(jiǎn)介7.1 μCLinux操作系統(tǒng)概述4187.1.1 μCLinux簡(jiǎn)介4187.1.2 μCLinux的結(jié)構(gòu)4197.1.3 μCLinux的設(shè)計(jì)特征4207.1.4 系統(tǒng)引導(dǎo)程序4227.1.5 μCLinux在 S3C44B0X上的移植4237.2 μC/OSⅡ操作系統(tǒng)概述4257.2.1 μC/OSⅡ簡(jiǎn)介4257.2.2 μC/OSⅡ的內(nèi)核4257.2.3 μC/OSⅡ的文件體系4267.2.4 μC/OSⅡ在S3C44B0X上的移植427參考文獻(xiàn)428

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