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上篇3

第一章 概况3

1.1嵌入式系统的基本概念3

1.1.1嵌入式系统的概念和基本组成3

1.1.2嵌入式系统发展新趋势和新技术5

1.2嵌入式处理器6

1.2.1冯·诺依曼结构与哈佛结构7

1.2.2 CISC与RISC8

1.2.3流水线技术12

1.2.4信息存储的字节顺序14

1.2.5基于ARM架构的嵌入式处理器16

1.2.6基于MIPS架构的嵌入式微处理器17

1.2.7基于PowerPC架构的嵌入式微处理器18

1.2.8数字信号处理器（DSP）19

1.2.9嵌入式微控制单元（MCU）20

1.2.10嵌入式SoC21

1.2.11嵌入式处理器的发展趋势22

1.3嵌入式系统中的操作系统（EOS）22

1.3.1嵌入式Linux操作系统22

1.3.2 Windows CE操作系统24

1.3.3 VxWorks操作系统26

1.3.4其他嵌入式操作系统27

1.3.5嵌入式实时操作系统的发展前景27

1.4嵌入式系统的性能评价28

1.4.1度量项目28

1.4.2评价方法30

1.4.3嵌入式系统处理器评估的主要指标31

思考题32

第二章 系统设计与实现的方法33

2.1嵌入式系统总体设计方案33

2.1.1嵌入式系统开发流程及特点33

2.1.2嵌入式硬件系统开发36

2.1.3嵌入式软件系统开发37

2.2嵌入式系统中的调试与测试技术42

2.2.1嵌入式系统硬件的调试与测试技术43

2.2.2嵌入式系统软件的调试与测试技术50

思考题59

第三章ARM体系结构与编程方法61

3.1 ARM处理器概述61

3.1.1 ARM处理器特点61

3.1.2 ARM处理器的版本简介62

3.1.3 ARM处理器的应用选型67

3.2 ARM体系结构69

3.2.1 ARM处理器的工作模式和指令状态69

3.2.2 ARM寄存器71

3.2.3 ARM体系的异常中断75

3.2.4 ARM处理器的寻址方式78

3.3 ARM编程方法81

3.3.1 ARM指令概述81

3.3.2 ARM汇编程序设计91

3.3.3 ARM混合编程101

思考题111

第四章 X86体系结构112

4.1 X86的发展历程112

4.2 X86体系结构的特点113

4.2.1 X86的体系组成113

4.2.2微处理器的类型和特点116

4.2.3主板和芯片组的类型和特点125

4.2.4存储器的类型和特点131

4.2.5外部接口的类型和特点134

4.3 X86的指令体系138

4.3.1 X86代码段类型和存储地址138

4.3.2指令的格式138

4.4 X86的发展趋势139

思考题140

第五章 嵌入式系统中的硬件设计技术141

5.1嵌入式系统硬件设计概述141

5.2嵌入式系统的数字技术基础141

5.2.1组合逻辑电路基础142

5.2.2时序逻辑电路146

5.2.3总线电路及信号驱动150

5.2.4电平转换电路153

5.2.5可编程逻辑器件基础155

5.3电路硬件设计基础158

5.3.1电路设计158

5.3.2 PCB电路设计160

5.4嵌入式系统电源设计技术165

5.4.1电源接口技术165

5.4.2电源管理技术167

5.5嵌入式系统中的存储系统设计170

5.6嵌入式系统中的总线技术183

5.6.1 UART与RS-232C184

5.6.2 USB总线及其体系结构192

5.6.3 PCI局部总线介绍200

5.6.4 VME总线210

5.7 EDA技术在嵌入式系统硬件设计中的应用213

5.7.1 EDA设计技术213

5.7.2 ESDA技术的基本特征213

5.7.3 EDA技术的基本设计方法215

5.8电路可测性设计与抗干扰设计216

5.8.1电路测试原理与可测性设计216

5.8.2硬件抗干扰设计217

思考题220

第六章 嵌入式处理器与SoC设计技术221

6.1 SoC片上系统简介221

6.1.1 SoC的定义及特点221

6.1.2 SoC的结构特点225

6.1.3 SoC设计简介227

6.1.4 SoC的发展展望231

6.2处理器的SoC设计233

6.2.1主要的设计语言233

6.2.2 Leon系列处理器的设计242

思考题247

第七章 嵌入式Linux操作系统248

7.1 Linux内核介绍248

7.1.1操作系统和内核概述249

7.1.2 Linux内核特点249

7.1.3 Linux内核版本250

7.2 Linux进程251

7.2.1 Linux进程管理251

7.2.2 Linux进程调度257

7.3 Linux系统调用261

7.3.1应用编程接口262

7.3.2系统调用263

7.4 Linux中断机制266

7.4.1 Linux中断机制介绍266

7.4.2中断处理上半部268

7.4.3中断处理下半部271

7.5 Linux内核同步机制277

7.5.1内核同步基础277

7.5.2内核同步方法282

7.6 Linux内存管理293

7.6.1页和区293

7.6.2 slab分配器297

7.6.3栈上静态内存分配299

7.7虚拟文件系统299

7.7.1文件系统抽象层300

7.7.2 VFS对象及其数据结构301

7.7.3 Linux的文件系统307

思考题307

第八章 WindRiver VxWorks实时操作系统308

8.1 WindRiver VxWorks简介308

8.2 VxWorks与wind内核309

8.2.1实时系统309

8.2.2 VxWorks实时内核与任务311

8.3 VxWorks的设备驱动程序325

8.3.1 VxWorks下的设备与设备驱动程序325

8.3.2 VxWorks下常用设备驱动程序简要描述330

8.3.3 VxWorks下中断处理336

8.3.4高速缓存的一致性问题339

8.4 VxWorks的板级支持包340

8.4.1 VxWorks的板级支持包BSP概述340

8.4.2 BSP的职责341

8.5 VxWorks启动过程介绍343

思考题345

第九章 嵌入式GUI系统346

9.1嵌入式GUI系统概述346

9.1.1嵌入式GUI的基本特征346

9.1.2嵌入式系统常用GUI347

9.1.3嵌入式GUI的发展趋势348

9.2嵌入式GUI实现349

9.2.1嵌入式GUI总体设计349

9.2.2 MiniGUI体系结构分析350

9.2.3 Qtopia Core体系结构分析354

9.2.4其他嵌入式GUI359

9.3关于嵌入式GUI的其他363

问题363

9.3.1多语言支持363

9.3.2嵌入式高级图形窗口处理技术364

9.3.3触摸屏操作366

思考题368

下篇371

实验一ARM-Linux开发工具链的建立371

1.1MX1ADS的ARM-Linux开发工具链371

1.2实验表单371

1.3附加说明372

实验二MX1ADS硬件测试实验374

2.1背景知识374

2.1.1 Bootstrap模式374

2.1.2程序编写和测试流程375

2.2 PWM测试实验377

2.2.1 PWM背景知识377

2.2.2实验表单378

2.2.3附加说明380

2.3 UART测试实验381

2.3.1 UART背景知识381

2.3.2实验表单383

2.3.3附加说明385

2.4 LCD测试实验387

2.4.1背景知识387

2.4.2实验表单388

2.4.3附加说明390

实验三 嵌入式Linux基本实验391

3.1 Bootloader的编译和下载391

3.1.1背景知识391

3.1.2实验表单405

3.1.3附加说明408

3.2 Linux内核配置与编译408

3.2.1背景知识408

3.2.2 ARM-Linux内核启动分析425

3.2.3实验表单444

3.2.4附加说明445

3.3基本Linux程序编译实验447

3.3.1背景知识447

3.3.2实验表单448

3.4移植MP3播放软件449

3.4.1背景知识449

3.4.2实验表单450

3.4.3附加说明452

实验四Qt／Embedded程序设计454

4.1嵌入式GUI简介454

4.2 Qt的分析与移植455

4.2.1 Qt的基本概念和特点455

4.2.2 Qt Embedded的应用程序开发460

4.3基于Qt／Embedded的实验466

4.3.1基于Qt的Hello World实验466

4.3.2简单的正弦波动画演示程序474

4.3.3基于Qt／Embedded的串口通信程序483

实验五 嵌入式Linux驱动程序489

5.1引言489

5.2基础知识489

5.2.1 Linux驱动程序简介489

5.2.2设备的分类490

5.2.3内核模块基本实现函数介绍492

5.3 Linux串口驱动程序504

5.3.1终端设备和控制台504

5.3.2代码分析505

5.4 MX1 ADS的I2C驱动程序509

5.4.1 MX1ADS上的I2C总线509

5.4.2 MC9328MX1中的I2C模块编程模型510

5.4.3 I2C总线驱动与基于I2C总线的设备驱动515

5.4.4 MC9328MX1的I2C总线驱动程序515

5.4.5 I2C设备驱动程序的设计527

5.5 Framebuffer驱动程序534

5.5.1 Framebuffer534

5.5.2 Framebuffer驱动程序535

5.5.3向内核添加Framebuffer设备540

5.5.4测试Framebuffer设备驱动程序541

5.6触摸屏驱动程序设计543

5.6.1触摸屏的基本工作原理543

5.6.2触摸屏驱动程序544

5.7实验表单549

5.8附加说明550

实验六 SDL图形编程552

6.1引言552

6.2基础知识552

6.2.1子系统的功能552

6.2.2 SDL编程示例553

6.3实验表单565

6.4附加说明567

实验七 VoIP语音通信实验569

7.1引言569

7.2基础知识570

7.2.1 VoIP的技术特点570

7.2.2 VoIP的基本传输过程570

7.2.3 VoIP协议体系572

7.2.4基于OpenH323的VoIP系统实现方案576

7.3 VoIP协议栈及语音通信应用程序的移植实现579

7.3.1系统库移植579

7.3.2网络库移植580

7.3.3音频库移植583

7.3.4跨平台的应用程序PWlib库的移植584

7.3.5 OpenH323移植585

7.4 VoIP语音通信试验的验证586

7.5实验表单587

7.6附加说明588

实验八Linux根文件系统的移植590

8.1引言590

8.2基础知识591

8.2.1 Linux文件系统简介591

8.2.2 Linux文件类型592

8.2.3 Linux文件系统目录结构593

8.2.4基于Flash的文件系统类型简介595

8.3根文件系统在嵌入式系统中的移植596

8.3.1内核配置596

8.3.2必要的顶层根文件系统目录创建598

8.3.3应用程序链接库／lib的创建598

8.3.4设备文件的创建599

8.3.5主要的系统命令集创建600

8.3.6系统初始化脚本创建601

8.3.7生成根文件系统映像603

8.4实验表单603

实验九 专题实验——电子飞行仪表系统605

9.1概述和系统方案论证605

9.1.1题目概述605

9.1.2性能指标606

9.1.3方案论证607

9.2电子综合显示和告警系统608

9.2.1设计指标608

9.2.2电子综合显示与告警系统的框架分析609

9.2.3电子综合显示系统的图形设计610

9.2.4告警系统的设计615

9.3飞行数据采集系统软硬件设计616

9.3.1数据采集系统技术指标的提出616

9.3.2对飞行参数数据源的分析617

9.3.3方案论证和比较617

9.3.4采集系统的硬件设计619

9.3.5采集系统的软件设计619

9.4数据通信系统的设计与实现622

9.4.1概述622

9.4.2数据通信的方案设计622

9.4.3数据通信的实现原理622

9.4.4帧格式和数据的提取623

9.5传感器和信号调理系统的实现626

9.6 EFIS系统的扩展功能——黑匣子626

9.7 EFIS系统测试和分析627

9.7.1测试方案概述627

9.7.2测试设备627

9.7.3测试方案和结果分析628

9.8总结633

实验十 专题实验——智能家居综合系统635

10.1系统需求分析635

10.2系统开发平台635

10.3系统架构设计636

10.4系统级实现637

10.5软件实现639

10.5.1移植Qt／Embedded639

10.5.2图形界面实现641

10.5.3无线音乐点播643

10.5.4中文化以及短信收发644

10.6驱动程序实现647

10.6.1嵌入式系统驱动程序概述647

10.6.2驱动程序开发策略648

10.6.3 U盘驱动开发649

10.6.4无线网卡驱动开发650

10.6.5 MMC卡驱动程序开发过程652

10.6.6蓝牙传输卡开发过程655

10.7外围硬件系统实现656

10.7.1外围硬件方案论证以及设计目标656

10.7.2外围硬件实现原理656

10.7.3外围硬件系统软件实现657

10.7.4功能总述660

10.7.5程序运行热点分析661

附录371

附录一 MX1ADS Linux系统使用手册665

1.1前言665

1.2 MX1 ADS使用须知665

1.2.1软件资源665

1.2.2硬件资源666

1.2.3电缆连接666

1.2.4 Linux系统安装方法666

1.2.5网络配置672

1.2.6挂载NFS分区和RAMFS分区673

1.2.7加载QTOPIA应用程序673

1.2.8 USB Client674

1.2.9键盘675

1.2.10立体声音频675

1.2.11 MMC卡675

1.2.12电源管理676

1.2.13 CMOS传感器676

1.2.14 MMA模块677

1.2.15 PWM模块679

1.2.16演示程序清单680

1.2.17设备文件清单680

1.3构建MX1 ADS平台的Linux系统681

1.3.1安装工具链681

1.3.2由源代码建立MX1 ADS启动加载程序682

1.3.3由源代码编译Linux内核682

1.3.4创建JFFS2文件系统镜像683

附录二 MX1ADS硬件使用手册685

2.1概述685

2.1.1总述685

2.1.2功能部件685

2.1.3系统与使用需求685

2.1.4 MX1 ADS结构图686

2.1.5 LCD显示屏板结构图687

2.1.6规格说明687

2.2 MX1ADS结构与操作688

2.2.1板级开关688

2.2.2 MX1ADS使用方法690

2.2.3板上接口的使用697

2.2.4附加模块的接口和使用698

2.3配套信息698

2.3.1 UART接口698

2.3.2 MultiICE接口699

2.3.3以太网接口700

2.3.4 USB接口701

2.3.5 LCD显示屏接口701

2.3.6 SIM卡接口702

2.3.7记忆棒接口703

2.3.8 SD／MMC接口704

2.3.9蓝牙接口705

2.3.10 CSI图像传感器接口705

英文缩略语对照表707

参考文献711