嵌入式軟件設計之思想與方法

第一篇 基礎方法篇
第1章 程序基礎
1.1 設計高性能程序的必要性3
1.1.1 設計高性能程序的必要性3
1.1.2 嵌入式軟件的設計范疇3
1.1.3 嵌入式軟件的分層結(jié)構(gòu)6
1.2 嵌入式軟件的程序設計要求8
1.2.1 代碼結(jié)果的要求9
1.2.2 代碼形式的要求10
1.3 嵌入式軟件開發(fā)的基本思路和原則10
1.3.1 系統(tǒng)分析，定義接口11
1.3.2 函數(shù)實現(xiàn)，優(yōu)化算法12
1.3.3 清理代碼，補充注釋14
1.3.4 測試修訂，完善文檔 14
1.4 程序?qū)嵗饰?4
1.4.1 正確理解棧14
1.4.2 內(nèi)存泄漏18
1.4.3 消除編譯依賴18
1.4.4 消除潛在隱患20
1.4.5 規(guī)范實現(xiàn)范例21
1.4.6 性能優(yōu)化23
1.5 程序設計其他注意點30
1.5.1 謹慎使用“宏”30
1.5.2 正確理解預定義宏34
1.5.3 避免歧義37
第2章 多任務操作系統(tǒng)
2.1 板級支持包40
2.2 嵌入式操作系統(tǒng)與實時性40
2.2.1 嵌入式操作系統(tǒng)41
2.2.2 實時操作系統(tǒng)42
2.3 多任務概述42
2.3.1 進程、線程與任務43
2.3.2 何時需要多任務44
2.3.3 任務狀態(tài)的轉(zhuǎn)換50
2.3.4 進程調(diào)度與調(diào)試算法51
2.3.5 任務相關(guān)的API51
2.4 進程間共享代碼與可重入性53
2.4.1 共享代碼53
2.4.2 共享代碼可重入性問題53
2.4.3 使用私有數(shù)據(jù)55
2.4.4 使用臨界區(qū)數(shù)據(jù)57
2.5 線程間通信57
2.5.1 共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)57
2.5.2 互斥59
2.5.3 信號量60
2.5.4 臨界區(qū)與信號量的實現(xiàn)實例63
第3章 硬件基礎
3.1 ARM74
3.1.1 ARM編程模式75
3.1.2 ARM指令概述78
3.1.3 ARM異常及處理80
3.2 MIPS86
3.2.1 MIPS編程模式87
3.2.2 MIPS指令概述90
3.2.3 MIPS中斷與異常95
3.3 接口基礎98
3.3.1 總線概述99
3.3.2 I2C總線105
3.3.3 PCI總線108
3.3.4 設備模型115
3.3.5 一個IDE控制器設備實例117
第二篇 驅(qū)動模型篇
第4章 驅(qū)動的通用模型
4.1 設備驅(qū)動的作用121
4.2 驅(qū)動類型123
4.2.1 Linux中的驅(qū)動類型123
4.2.2 WinCE中的驅(qū)動類型125
4.2.3 VxWorks中的驅(qū)動類型125
4.3 設備驅(qū)動的通用模型126
4.3.1 模塊部分的驅(qū)動126
4.3.2 設備的驅(qū)動例程127
第5章 VxWorks的驅(qū)動模型
5.1 VxWorks的I/O系統(tǒng)131
5.1.1 I/O系統(tǒng)概述131
5.1.2 文件名與設備133
5.1.3 基本I/O134
5.1.4 緩沖I/O136
5.1.5 格式化I/O136
5.2 VxWorks的驅(qū)動及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)137
5.2.1 驅(qū)動的安裝、驅(qū)動表138
5.2.2 設備的創(chuàng)建、設備鏈表140
5.2.3 文件的打開、文件描述符表142
5.2.4 文件的讀、寫、控制和關(guān)閉操作143
第6章 Linux的驅(qū)動模型
6.1 Linux的驅(qū)動加載方式145
6.1.1 內(nèi)核驅(qū)動模塊與模塊化驅(qū)動145
6.1.2 模塊化驅(qū)動的加載與卸載146
6.2 Linux的驅(qū)動架構(gòu)147
6.2.1 一個最簡單的內(nèi)核驅(qū)動148
6.2.2 一個最簡單的模塊驅(qū)動151
6.2.3 Linux驅(qū)動中注冊驅(qū)動153
6.2.4 Linux系統(tǒng)中的設備文件154
6.3 Linux字符型設備驅(qū)動155
6.3.1 驅(qū)動的加載與清理155
6.3.2 中斷的申請與釋放156
第7章 WinCE的驅(qū)動模型
7.1 WinCE驅(qū)動類型158
7.2 設備管理器及其驅(qū)動模型159
第三篇 BSP/OAL篇
第8章 BSP的基本概念
8.1 BSP與驅(qū)動161
8.2 BSP開發(fā)的目標任務162
第9章 BSP的設計要素
9.1 中斷處理163
9.1.1 物理中斷號與邏輯中斷號163
9.1.2 CPU中斷與中斷控制器擴展164
9.1.3 中斷源的查找165
9.1.4 中斷處理線程166
9.2 CPU異常166
9.2.1 異常向量表167
9.2.2 向量表的安裝173
9.2.3 異常處理代碼實例177
9.3 硬件I/O的訪問188
9.3.1 避免使用絕對物理地址188
9.3.2 內(nèi)存一致性問題192
9.3.3 I/O訪問的刷新198
第10章 Linux的啟動過程
10.1 Linux的啟動流程199
10.2 Linux的啟動過程簡介201
10.2.1 _stext函數(shù)201
10.2.2 start_kernel函數(shù)203
10.2.3 setup_arch函數(shù)204
10.2.4 trap_init函數(shù)204
10.2.5 init_IRQ函數(shù)205
10.2.6 sched_init函數(shù)205
10.2.7 do_initcalls函數(shù)205
10.2.8 init函數(shù)206
10.2.9 init程序207
第11章 WinCE的設計
11.1 WinCE OS平臺開發(fā)簡介209
11.1.1 WinCE平臺的開發(fā)流程209
11.1.2 WinCE內(nèi)核結(jié)構(gòu)211
11.1.3 WinCE設計中的一些名詞術(shù)語212
11.2 WinCE BSP開發(fā)213
11.2.1 啟動裝載器213
11.2.2 OAL開發(fā)215
11.2.3 WinCE配置文件219
11.3 WinCE設備驅(qū)動的開發(fā)流程221
11.3.1 設備驅(qū)動源代碼221
11.3.2 修改配置文件222
11.3.3 向OS平臺注入驅(qū)動223
第四篇 擴展篇
第12章 理解程序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
12.1 x86匯編及其程序結(jié)構(gòu)226
12.1.1 x86程序段定義227
12.1.2 關(guān)聯(lián)段寄存器、確定段的種類230
12.1.3 段組偽指令230
12.2 嵌入式系統(tǒng)中的程序結(jié)構(gòu)231
12.2.1 嵌入式系統(tǒng)中執(zhí)行程序的映像231
12.2.2 鏈接器與命令腳本236
12.3 ELF文件格式241
12.3.1 ELF文件格式概述241
12.3.2 ELF文件格式分析器248
第13章 嵌入式系統(tǒng)的設計思想
13.1 直截了當?shù)乃枷?62
13.2 層次化的思想267
13.3 循序漸進的思想269
13.4 實踐是最好的老師269
13.5 團隊協(xié)作意識270
13.6 大膽嘗試與積極創(chuàng)新270
結(jié) 束 語272
參考文獻273
插圖索引
圖11 嵌入式軟件的分層結(jié)構(gòu)7
圖21 VxWorks中的任務狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖50
圖22 驅(qū)動中的可重入性問題154
圖23 驅(qū)動中的可重入性問題256
圖24 使用共享數(shù)據(jù)區(qū)訪問臨界區(qū)的例子58
圖31 ARM程序狀態(tài)寄存器格式77
圖32 MIPS CPU寄存器88
圖33 MIPS FPU寄存器90
圖34 I2C數(shù)據(jù)位的傳輸106
圖35 I2C起始條件和停止條件106
圖36 I2C總線數(shù)據(jù)傳輸時序圖107
圖37 PCI CONFIGADDRESS寄存器格式113
圖38 PCI類型0配置空間頭部114
圖39 ITE8172 IDE控制器框圖 118
圖51 驅(qū)動在系統(tǒng)中的層次結(jié)構(gòu)132
圖52 VxWorks I/O系統(tǒng)的調(diào)用關(guān)系133
圖53 VxWorks驅(qū)動安裝140
圖54 VxWorks設備添加141
圖55 VxWorks文件打開142
圖56 文件讀操作的I/O控制流程143
圖61 Linux驅(qū)動與操作系統(tǒng)核心之間的關(guān)系147
圖71 WinCE驅(qū)動內(nèi)部框圖158
圖72 WinCE系統(tǒng)中應用程序與設備驅(qū)動的交互160
圖91 驅(qū)動程序中完整的中斷處理架構(gòu)164
圖92 IT8172G中斷控制器內(nèi)部框圖177
圖101 Linux啟動流程框圖200
圖102 Linux啟動執(zhí)行過程細節(jié)201
圖111 WinCE OS開發(fā)的工作流程210
圖112 WinCE的內(nèi)部層次結(jié)構(gòu)211
圖113 WinCE BSP框圖214
圖121 x86匯編段結(jié)構(gòu)228
圖122 宏匯編中的段鏈接映像230
圖123 x86段組定義 231
圖124 節(jié)的簡單格式237
圖125 節(jié)的完整定義239
圖126 口(ENTRY)的定義240
圖127 ELF目標文件格式242
插表索引
表31 ARM寄存器組織結(jié)構(gòu)75
表32 ARM狀態(tài)寄存器的模式位78
表33 ARM異常處理的入口地址81
表34 ARM異常的優(yōu)先級86
表35 MIPS系統(tǒng)控制寄存器CP088
表36 MIPS32/MIPS64裝入/存儲指令所支持的數(shù)據(jù)類型91
表37 MIPS對齊的裝入存儲指令91
表38 MIPS非對齊的裝入存儲指令91
表39 MIPS原子更新的裝入存儲指令92
表310協(xié)處理器裝入存儲指令92
表311 MIPS立即數(shù)操作的算術(shù)指令92
表312 MIPS三操作數(shù)算術(shù)指令92
表313 MIPS二操作數(shù)算術(shù)指令93
表314 MIPS移位指令93
表315 MIPS乘除法指令94
表316 MIPS 256M區(qū)域內(nèi)無條件跳轉(zhuǎn)指令95
表317 MIPS PC相對的條件轉(zhuǎn)移指令95
表318 MIPS的中斷、狀態(tài)及緣由寄存器的映射關(guān)系96
表319 MIPS異常向量的基地址97
表320 MIPS異常向量的偏移地址97
表321 I2C總線術(shù)語定義105
表322 PCI總線命令110
表323 ITE8172 IDE控制器的PCI配置寄存器119
表324 ITE8172 IDE總線主設備IDE輸入/輸出寄存器119
表325 IDE命令寄存器120
表111 WinCE常見的映像配置文件219
表121 字符串表簡單例子246
表122 對字符串表索引所得到的字符串246