內容簡介
本書主要內容包括：嵌入式系統概述和開發技術、嵌入式處理器、存儲技術、輸入/輸出子系統、嵌入式軟體系統和作業系統、嵌入式計算機聯鎖控制器設計等內容，最後給出了一系列嵌入式系統設計工程實例。內容簡單實用、注重實踐，在講解上從嵌入式系統的開發流程、開發方法入手，分析、論述了嵌入式系統軟、硬體兩方面，最後給出嵌入式系統的套用例子，這些實例涉及嵌入式系統的軟、硬體及其結合等方面的內容。通過閱讀本書，可以使具備一定的系統設計能力的讀者全面掌握嵌入式系統原理的知識，並充分學習到關於嵌入式系統原理的理論。同時，本書結合具體實例以培養讀者的動手能力和設計開發基於特定微處理器的特定套用系統的能力，特別是關於嵌入式系統分析、系統設計、系統架構等方面技能。
本書主要適用於本（專）科院校、高等職業院校和各類培訓學校嵌入式系統的教學，可作為從事相關工作的人員學習嵌入式系統知識的自學教材或嵌入式系統的軟體編程和硬體系統設計的參考書，亦可作為嵌入式系統套用設計人員的參考用書。
本書配有教學課件，請傳送郵件至：[email protected]申請索取。
前言
隨著Internet的普及，人們已經進入了網路時代和“後PC時代”。不僅是PC能上網，各種各樣的手持設備/終端都可以上網。也出現了如掌上電腦、PDA、可視電話、行動電話、TV機頂盒和數位相機等套用嵌入式系統的信息電器。即使是在PC里，除了CPU、主機板外，還有許多嵌入式設備，如硬碟、光碟機等。所有這些，都說明嵌入式技術發展很快，而且套用十分廣泛，嵌入式系統可以說是無處不在。
嵌入式系統的開發和套用發展非常快。通常嵌入式系統的開發周期在半年左右，更新時間在3年左右。嵌入式系統的開發人員必須快速地更新自己的開發技術和開發能力，不能長期停留在“單片機”時代。凡是從事嵌入式系統開發的讀者，不僅需要掌握基於特定的軟、硬體平台的技術研發，更需要不斷增強自己的系統方案設計能力以及快速掌握軟、硬體能力。因此，本書涉及了很多關於嵌入式系統的軟、硬體特性比較和選型方面的知識。
就目前的市場而言，關於嵌入式方面的教材和書籍很多，筆者尋覓市場，發現一個大的問題，即真正講解嵌入式系統原理方面的書籍很少，很多不適合於教學。於是，筆者於2006年9月開始著手編寫一本適合於教學的嵌入式系統原理教材。
本書與目前多數嵌入式系統方面的圖書出發點不同，筆者將10多年嵌入式系統方面的開發經驗進行綜合，側重嵌入式系統的一般原理，從嵌入式系統的開發流程、開發方法入手，再從嵌入式系統軟、硬體兩方面進行講解、論述，最後給出嵌入式系統的套用例子，這些實例涉及嵌入式系統的軟、硬體及其結合方面。本書編寫的主要目的是使學生充分學習關於嵌入式系統原理的理論，並結合具體實例，培養學生的動手能力，特別是培養關於嵌入式系統分析、系統設計、系統架構等方面的能力。
本書共分9章。第1章為嵌入式系統概述，介紹了嵌入式系統的基本知識和基本概念，包括嵌入式系統的概念、發展、特點、組成、分類和嵌入式微處理器，以及嵌入式系統的發展現狀和趨勢。第2章為嵌入式系統開發技術，分析了嵌入式的總體結構，從層次結構出發，講解了嵌入式系統開發的體系結構，以及嵌入式系統開發的過程和嵌入式系統調試技術。第3章為嵌入式處理器，主要從嵌入式系統的硬體結構進行講解，其次講解處理器的技術指標和如何為嵌入式系統選擇嵌入式處理器，並針對現在比較流行的嵌入式處理器，重點講解了ARM系列的嵌入式處理器。第4章為嵌入式存儲技術，講解了存儲器子系統的有關問題，包括存儲器的基本概念、基本原理和嵌入式存儲器的種類，嵌入式存儲器系統測試、驗證和設計方法、策略，嵌入式系統存儲器的低功耗設計技術，嵌入式存儲器的發展趨勢、設計方法和具體設計實例等。第5章為嵌入式輸入/輸出子系統，講解了幾個典型的嵌入式處理器的I/O模組。第6章為嵌入式軟體系統，討論了嵌入式系統軟體體系及其開發方式和開發形式，包括基於裸機的開發、基於嵌入式作業系統的開發，以及嵌入式系統軟體的整體結構。第7章為嵌入式作業系統概論，講解了嵌入式作業系統RTOS的組成和概念，分析和介紹了嵌入式作業系統性能的測試方法，使讀者認識和掌握嵌入式作業系統方面的基本知識，並了解常用的嵌入式作業系統。第8章為嵌入式計算機聯鎖控制器設計，使讀者認識和了解了嵌入式系統開發的全部過程。第9章為嵌入式系統設計實例，結合幾個套用和設計案例，講解了嵌入式系統產品的組成和設計方法。
本書主要適用於本（專）科院校、高等職業院校和各類培訓學校嵌入式系統的教學，可作為從事相關工作的人員學習嵌入式系統知識的自學教材或作為嵌入式系統的軟體編程和硬體系統設計的參考書，亦可作為嵌入式系統套用設計人員的參考用書。
本書由郭榮佐、王霖主編，郭進教授主審，曹瓊、杜誠、向興元和李海洋等擔任副主編。本書編寫分工如下：柴晟編寫第1章，郭榮佐編寫第2章，楊揚和劉立芳合作編寫第3章，曹瓊編寫第4章，杜誠編寫第5章，向興元編寫第6章，安曉鋼編寫第7章，王霖編寫第8章，李海洋編寫第9章。參與部分章節編寫和大綱討論的人員還有杜忠、楊融浩、尹靜、黃君、宋健和程玉昆等。同時，特別感謝西南交通大學、成都紡織高等專科學校、重慶工學院、西南民族大學、重慶文理學院、綿陽師範學院、成都航空職業技術學院、陝西科技大學、西南科技大學、成都理工大學、四川理工學院和宜賓學院等予以的大力支持，使本書得以出版。
在編寫過程中，得到北京航空大學出版社理工事業部各位編輯的大力支持，在此表示衷心的感謝。
恐百密之中仍有疏漏，懇請廣大讀者及專家不吝賜教。
編者
2007年12月
目錄
第1章嵌入式系統概述
1.1嵌入式系統的發展1
1.1.1嵌入式系統回顧1
1.1.2嵌入式系統的概念2
1.1.3嵌入式系統的發展史3
1.1.4嵌入式系統的特點4
1.2嵌入式系統的分類與套用5
1.2.1嵌入式系統分類5
1.2.2嵌入式系統的套用6
1.3嵌入式處理器7
1.3.1嵌入式微處理器8
1.3.2嵌入式微控制器8
1.3.3嵌入式DSP處理器9
1.3.4嵌入式片上系統10
1.3.5智慧財產權核10
1.3.6測試處理器指標的方法11
1.4嵌入式系統的組成12
1.4.1嵌入式系統的硬體12
1.4.2嵌入式系統的軟體12
1.4.3嵌入式系統的開發工具和開發系統13
1.5嵌入式系統的現狀與發展趨勢13
1.5.1嵌入式系統的現狀13
1.5.2嵌入式系統的發展趨勢14
1.6小結15
習題115
第2章嵌入式系統開發技術
2.1嵌入式系統的結構設計16
2.1.1硬體層17
2.1.2中間層17
2.1.3系統軟體層18
2.1.4套用軟體層18
2.2嵌入式系統的設計方法19
2.2.1嵌入式系統設計流程19
2.2.2嵌入式系統的一般設計方法20
2.2.3嵌入式系統的軟、硬體協同設計技術21
2.3嵌入式系統開發技術23
2.3.1需求分析23
2.3.2詳細設計29
2.3.3系統實現35
2.3.4系統測試42
2.4*嵌入式系統的調試技術55
2.4.1基於主機的調試56
2.4.2遠程調試器與調試核心57
2.4.3ROM仿真器59
2.4.4線上仿真61
2.4.5背景調試模式64
2.4.6JTAG接口及其調試技術65
2.4.7軟體仿真器68
2.5嵌入式系統開發技術的發展趨勢及其挑戰69
2.5.1嵌入式系統開發技術發展的特點69
2.5.2嵌入式系統開發技術的新挑戰73
2.6小結76
習題276
第3章嵌入式處理器
3.1概述77
3.2嵌入式系統硬體結構77
3.2.1嵌入式系統模式77
3.2.2硬體構架78
3.2.3嵌入式處理器子系統80
3.2.4嵌入式系統外圍硬體模組85
3.2.5調試子系統與處理單元選擇85
3.3處理器技術指標與選型86
3.3.1嵌入式系統處理器技術指標86
3.3.2處理器選型原則和方法88
3.4常用的嵌入式處理器90
3.4.1MIPS90
3.4.2PowerPC92
3.4.3x8693
3.4.468K/coldfire94
3.4.5嵌入式流處理器簡述94
3.5ARM處理器95
3.5.1概述95
3.5.2ARM套用領域和特點96
3.5.3ARM微處理器系列97
3.5.4ARM微處理器結構100
3.5.5ARM處理器選型方法101
3.6小結102
習題3102
第4章嵌入式存儲技術
4.1概述103
4.2嵌入式系統存儲器體系103
4.2.1存儲器的結構103
4.2.2嵌入式系統存儲器體系結構104
4.3存儲器的性能指標、工作時序和分類104
4.3.1性能指標104
4.3.2存儲器的工作時序106
4.3.3存儲器分類109
4.4RAM和ROM109
4.4.1RAM109
4.4.2ROM110
4.5*嵌入式存儲器110
4.5.1嵌入式易失性存儲器110
4.5.2嵌入式非易失性存儲器112
4.6*嵌入式存儲器選型、測試和驗證114
4.6.1嵌入式存儲器選型114
4.6.2嵌入式存儲器測試117
4.6.3嵌入式存儲器驗證方法126
4.7*嵌入式存儲器的設計方法和策略130
4.7.1存儲器的外包設計130
4.7.2RISC中的存儲器設計130
4.7.3嵌入式存儲器設計方法131
4.8*嵌入式存儲器低功耗技術132
4.8.1嵌入式存儲器低功耗設計133
4.8.2嵌入式系統閃速存儲器低功耗設計136
4.9*嵌入式存儲器發展趨勢139
4.9.1嵌入式存儲的優勢139
4.9.2嵌入式存儲面臨的挑戰140
4.9.3嵌入式存儲的未來141
4.10*嵌入式存儲器子系統設計實例141
4.10.1TMS320C32浮點DSP存儲器接口設計141
4.10.2MCS51單片機存儲器擴展145
4.11小結148
習題4148
第5章嵌入式輸入/輸出子系統
5.1概述149
5.2復位電路149
5.2.1基本復位電路149
5.2.2*改進的復位電路152
5.2.3*復位電路設計156
5.3時鐘電路162
5.3.1RC時鐘163
5.3.2石英晶體163
5.3.3石英振盪器164
5.3.4鎖相環倍頻時鐘164
5.4嵌入式處理器的I/O模組165
5.4.1基本結構165
5.4.2I/O接口的信號及其作用166
5.4.3暫存器的映射方式166
5.5嵌入式系統的解碼器167
5.5.1作用和種類167
5.5.2可程式器件解碼器167
5.5.3嵌入式處理器上的集成解碼模組168
5.6定時器/計數器168
5.6.1功能168
5.6.2基本結構170
5.6.3工作模式171
5.7*串列外部設備接口171
5.7.1原理與功能171
5.7.2數據流動173
5.7.3引腳174
5.7.4暫存器及其功能175
5.8*異步通信收發器177
5.8.1UART結構、原理和編程178
5.8.2UART軟體實現技術180
5.9小結183
習題5184
第6章嵌入式軟體系統
6.1嵌入式軟體體系結構185
6.1.1嵌入式軟體層次結構185
6.1.2嵌入式軟體組成186
6.2硬體抽象層187
6.2.1嵌入式作業系統運行的必要條件187
6.2.2硬體抽象層的運行流程188
6.2.3硬體抽象層體系結構189
6.2.4硬體抽象實例190
6.3嵌入式軟體系統的設計方法概述193
6.3.1簡單嵌入式系統的設計193
6.3.2複雜的嵌入式系統設計197
6.4軟體移植概述199
6.4.1移植的必要性199
6.4.2裸機系統的軟體移植200
6.4.3有作業系統的軟體移植201
6.4.4套用軟體移植202
6.4.5套用軟體的可移植設計方法205
6.5嵌入式軟體發展趨勢208
6.6*嵌入式軟體測試與移植實例210
6.6.1嵌入式軟體測試210
6.6.2嵌入式Linux下MiniGUI的移植212
6.7小結215
習題6215
第7章嵌入式作業系統概論
7.1概述216
7.2作業系統基本概念216
7.2.1作業系統概念216
7.2.2作業系統的分類217
7.2.3作業系統體系結構218
7.2.4作業系統功能概述219
7.3嵌入式作業系統概念221
7.3.1實時作業系統的發展歷程222
7.3.2RTOS基本概念223
7.3.3從嵌入式系統到嵌入式作業系統225
7.3.4實時作業系統與通用作業系統的比較227
7.3.5嵌入式實時作業系統的現狀和未來230
7.3.6嵌入式作業系統的套用233
7.4典型的嵌入式作業系統234
7.4.1VxWorks和pSOS234
7.4.2OSKit238
7.4.3PalmOS243
7.4.4μC/OS和μC/OSII245
7.4.5qnx作業系統概述250
7.5嵌入式作業系統性能測試及其選擇254
7.5.1概述254
7.5.2嵌入式作業系統性能測試255
7.5.3如何選擇嵌入式作業系統259
7.6*嵌入式作業系統移植實例264
7.6.1μC/OSII移植於MCS51單片機264
7.6.2μCLinux作業系統移植278
7.7小結282
習題7282
第8章嵌入式計算機聯鎖控制器設計
8.1概述283
8.2控制器硬體設計285
8.2.1安全可靠的冗餘結構285
8.2.2系統總體結構286
8.2.3硬體設計方案287
8.2.4控制器系統總體結構289
8.2.5控制器硬體設計291
8.3控制器軟體體系295
8.3.1控制器軟體結構設計295
8.3.2作業系統選擇及開發環境建立295
8.3.3μC/OSII移植297
8.3.4μC/OSII功能擴展300
8.4驅動程式開發311
8.4.1驅動程式開發特點及存在的注意問題311
8.4.2驅動程式開發模型312
8.4.3驅動程式設計313
8.4.4數據保護方案318
8.5套用軟體設計320
8.5.1套用軟體總體結構320
8.5.2聯鎖軟體設計321
8.5.3通信軟體設計322
8.5.4主程式設計324
8.6小結327
習題8328
第9章嵌入式系統設計實例
9.1概述329
9.2*智慧型手機設計329
9.2.1概述329
9.2.2S3C44B0X為處理器的PDA設計331
9.2.3軍用PDA設計333
9.2.4智慧型手機設計336
9.3GPS接收機340
9.3.1GPS概述340
9.3.2GPS接收機的組成結構341
9.3.3軟、硬體設計342
9.3.4接收機性能分析343
9.4*嵌入式防火牆技術344
9.4.1防火牆概述344
9.4.2嵌入式防火牆概述345
9.4.3嵌入式防火牆的實現347
9.5信息家電概論350
9.5.1家庭網路通信技術351
9.5.2信息家電的功能和特點352
9.5.3信息家電的硬體平台354
9.5.4信息家電的結構355
9.6嵌入式醫用滅菌控制儀355
9.6.1工藝流程及控制要求356
9.6.2硬體結構356
9.6.3軟體系統357
9.7*數位電視機頂盒360
9.7.1數位電視機頂盒定義、分類與未來360
9.7.2數位電視機頂盒原理與結構362
9.7.3機頂盒研發現狀365
9.7.4數位電視機頂盒設計實例368
9.8基於ARM的造紙機控制器設計372
9.8.1造紙機控制要求372
9.8.2系統架構373
9.8.3軟體體系374
9.8.4軟體模組設計與實現375
9.8.5系統調試376
9.9小結377
習題9377
參考文獻378
