嵌入式系统导论
书号：9787113119119 套系名称：普通高等学校计算机科学与技术专业规划教材
作者：徐成 凌纯清 刘彦 杨志邦 出版日期：2011-01-19
定价：33.00 页码 / 开本：320 /16
策划编辑：严晓舟 杨勇 责任编辑：秦绪好
适用专业：无 适用层次：高等学校
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嵌入式系统是“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，它以应用为中心、计算机技术为基础，软/硬件可裁剪，适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用应用系统。本书以嵌入式系统的基本概念与主要设计流程为出发点，分别介绍了嵌入式处理器、嵌入式存储器、嵌入式设备接口技术、嵌入式操作系统等嵌入式系统设计的核心内容，并结合全书内容详细阐述了一个典型的嵌入式系统应用设计实例。
本书所选内容和实例具有实用性与代表性，是系统学习嵌入式系统原理与应用的入门教材。
本书适合作为高等院校计算机、电子、机械控制及自动化等相关专业的教材，也可供工程技术人员参考。简单地说，嵌入式系统就是“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”，它是随着电子和通信等技术的迅速发展而兴起的一门学科，已成为计算机技术和计算机应用领域的重要组成部分。生活中所接触的自动取款机、自动售货机都需要用到嵌入式系统，包括手机、掌上计算机在内的各种手持设备更是嵌入式系统的典型代表，甚至家用的微波炉、冰箱、洗衣机、空调等设备内部都有嵌入式系统在执行自动化控制操作。嵌入式系统的应用不胜枚举，已经深入到了人们生活中的每个角落。
嵌入式系统的发展经历了几个阶段，从早期的单片机系统发展到今天的功能强大的多处理器系统，其系统理念和设计方法也在逐渐改变。以前的嵌入式系统受到系统处理能力和空间的严格限制，多用于如温湿度控制、步进电动机控制等简单应用中，编程时关注更多的是存储空间和指令条数；现在的处理器系统可用于复杂系统控制，实现诸如多媒体播放及游戏等，系统在设计时更关注产品的上市时间和系统功能的多样性，将来更是朝着网络化和智能化的方向进一步发展。
本书正是在嵌入式系统迅速发展的背景下，结合实例对嵌入式系统的基本概念及相关知识进行全面介绍。本书首先介绍了嵌入式系统的概念及其发展历程，以便于大家对嵌入式系统进行初步的认识；然后介绍嵌入式系统的整体设计方法，将嵌入式系统的诞生过程完整地呈现在大家眼前；接下来分别对嵌入式系统的各个组成要素进行详细阐述，引领大家深入探索嵌入式系统的内部结构；最后给出一个嵌入式系统开发实例，展示如何运用前面的知识进行实际系统的设计。
本书的实例基于PXA255嵌入式处理器平台，它是一个典型的嵌入式处理器芯片，具备嵌入式系统中常见的各种组成单元，便于教学和实验开发。在介绍嵌入式系统各个组成部分时，我们都给出了目前具有代表性的功能部件的实例，重要的地方列出了源代码，以便读者加深对本章知识的理解。本书从理论和实践方面对嵌入式系统进行全面阐述，注重实际开发应用，旨在让读者通过阅读本书对嵌入式系统的基本理念及设计方法进行全面的掌握，为所从事或将要从事的嵌入式系统开发工作提供一定的技术参考。本书适合作为高等院校计算机、电子、机械控制及自动化等相关专业的教材，也可供工程技术人员参考。
本书共分为7章。第1章从概念入手，讲述了嵌入式系统的基本知识，包括嵌入式系统的定义、特点及应用，介绍了嵌入式系统的发展过程及其未来的发展方向。第2章从软件开发和硬件开发两方面对嵌入式系统的设计流程进行介绍，从整体上阐述了一个嵌入式系统设计的基本流程及其开发所需的工作。第3章主要对嵌入式处理器进行介绍，首先给出嵌入式处理器的分类，接下来对嵌入式处理器的架构进行详细介绍，给出嵌入式处理器的技术指标。此外，本章还系统地介绍了ARM处理器、MIPS处理器、PowerPC处理器以及两款国产的嵌入式处理器，并在最后给出了嵌入式处理器的选择原则。第4章主要讲述了嵌入式系统存储器的一些基本知识，包括分类、特点和性能指标等内容；针对PXA 255嵌入式系统详细讲解了嵌入式开发过程中存储器的选择、存储器系统的设计和配置过程。第5章首先讨论了嵌入式系统I/O接口的基本原理，并对各通用接口进行了详细介绍；针对常见的LCD接口和网络接口，结合实例对它们进行了详细的说明，并给出相应的开发实例。第6章首先从嵌入式操作系统的发展历程、特点、应用前景等出发对嵌入式操作系统进行了概括性的描述，接下来以几种常见的嵌入式操作系统为例说明了嵌入式操作系统的分类，以及如何根据实际开发需要选择操作系统，并重点介绍了嵌入式操作系统中的实时性问题。本章最后以Linux和Windows CE为例，具体描述嵌入式领域中操作系统的定制开发方法。第7章以一个嵌入式多媒体播放系统为实例，按照常用的嵌入式系统的开发流程，逐步完成系统各个设计阶段，进而完成整个嵌入式应用系统的开发，同时介绍了系统开发过程中常用的开发工具和开发方法。
本书由徐成、凌纯清、刘彦和杨志邦编著，田峥、许新达、况海斌、尹杨美、罗莎莎、田红燕、王晓栋、谭乃强、罗铁镇等几位研究生完成了书中的实验及大量的资料收集、文本输入和校对工作；湖南大学嵌入式及网络实验室各位同仁对本书提出了许多宝贵意见，李仁发教授审阅了全书并给予了大量的专业指导，在此对他们的热情帮助表示感谢。
本书在编写过程中参考了大量的文献资料，在此对原作者表示诚挚的谢意。
由于时间与水平所限，书中难免存在不妥或疏漏之处，敬请广大读者批评指正。编 者
2010年10月
第1章 嵌入式系统介绍 1
1.1 嵌入式系统的概念 1
1.2 嵌入式系统的特点 2
1.3 嵌入式系统基本结构 2
1.3.1 嵌入式系统的硬件 3
1.3.2 嵌入式系统的软件 5
1.4 嵌入式系统发展历程 7
1.4.1 嵌入式系统发展的初始阶段 7
1.4.2 计算机技术的两大分支形成阶段 7
1.4.3 嵌入式系统的发展阶段 8
1.4.4 未来嵌入式系统的发展趋势 9
1.5 嵌入式系统的应用 10
1.5.1 嵌入式系统的应用领域 10
1.5.2 嵌入式系统的具体应用 11
小结 12
习题 12
第2章 嵌入式系统设计 13
2.1 嵌入式系统的系统级设计方法概述 13
2.1.1 先硬件后软件的设计方法 13
2.1.2 软/硬件协同设计 15
2.2 嵌入式设计流程 17
2.2.1 系统需求分析 17
2.2.2 软/硬件划分 19
2.2.3 迭代与实现 27
2.2.4 详细的硬件与软件实现 29
2.2.5 系统集成 42
2.2.6 产品测试和发布 43
2.2.7 产品维护和升级 46
小结 48
习题 49
第3章 嵌入式处理器 50
3.1 嵌入式处理器的分类 50
3.2 嵌入式处理器的构架 52
3.2.1 CISC与RISC指令集介绍 52
3.2.2 嵌入式处理器的几种构架 54
3.3 嵌入式处理器的技术指标 62
3.4 典型的嵌入式处理器 63
3.4.1 ARM处理器 63
3.4.2 MIPS处理器 68
3.4.3 PowerPC处理器 71
3.4.4 国产嵌入式处理器 76
3.5 基于FPGA的嵌入式软核处理器 82
3.5.1 MicroBlaze及Nios II处理器简介 82
3.5.2 Nios II系统的开发 83
3.6 如何选择嵌入式处理器 89
3.6.1 选择处理器的总原则 89
3.6.2 选择嵌入式处理器的具体方法 89
小结 90
习题 91
第4章 嵌入式系统的存储器 92
4.1 概述 92
4.1.1 嵌入式存储器的结构和组织 92
4.1.2 嵌入式存储器的性能指标 94
4.1.3 嵌入式存储器的分类 94
4.2 随机存储器（RAM） 96
4.2.1 RAM电路的基本结构 96
4.2.2 RAM存储容量的扩展 101
4.2.3 静态随机存储器（RAM） 102
4.2.4 动态随机存储器（DRAM） 105
4.2.5 多端口存储器（MPRAM） 110
4.3 只读存储器（ROM） 112
4.3.1 ROM的结构及工作原理 112
4.3.2 ROM的分类 114
4.3.3 ROM容量的扩展 115
4.3.4 掩膜ROM 115
4.3.5 可编程只读存储器（PROM） 117
4.3.6 可擦除可编程只读存储器（EPROM） 118
4.3.7 电擦除可编程只读存储器（E2PROM） 119
4.3.8 闪存（flash） 119
4.4 混合类型存储器 122
4.4.1 NVSRAM工作原理 122
4.4.2 几种新型的非易失存储器 123
4.5 存储器的测试和验证 125
4.6 如何选择嵌入式存储器 127
4.7 PXA255存储器系统 129
4.7.1 PXA255的存储器控制器 130
4.7.2 PXA255开发板的存储器系统设计 142
小结 153
习题 153
第5章 嵌入式系统的I/O设备及接口 154
5.1 I/O接口概述 154
5.1.1 I/O接口的基本结构 154
5.1.2 I/O接口的功能 155
5.1.3 I/O接口芯片的寻址 156
5.2 系统时钟及复位电路 158
5.2.1 系统时钟 158
5.2.2 复位电路 159
5.3 译码器 160
5.3.1 译码器的作用和种类 160
5.3.2 普通的译码器 160
5.3.3 可编程器件译码器 161
5.3.4 嵌入式处理器上的集成译码模块 161
5.4 定时器/计数器 161
5.4.1 定时器/计数器的基本结构 161
5.4.2 定时器/计数器的工作模式 162
5.4.3 定时器/计数器的功能 162
5.5 串行接口 163
5.5.1 通用异步收发器（UART） 163
5.5.2 串行外围接口（SPI） 164
5.5.3 串行接口RS系列标准 167
5.6 并行接口 172
5.7 其他接口 173
5.7.1 通用串行总线（USB）接口 173
5.7.2 IEEE 1394 174
5.7.3 红外通信接口 175
5.7.4 蓝牙通信接口 176
5.7.5 I2C总线接口 176
5.7.6 IEEE 802.11 177
5.8 I/O设备 178
5.8.1 触摸屏 178
5.8.2 液晶显示屏（LCD） 180
5.9 PXA255 LCD接口电路 183
5.9.1 PXA255 LCD控制器 183
5.9.2 PXA255 LCD控制器的操作 185
5.9.3 显示屏PDD软件设计 187
5.10 以太网控制器 188
5.10.1 以太网基础知识 189
5.10.2 以太网控制器CS8900A简介 189
5.10.3 CS8900A与PXA255的接口 196
5.10.4 CS8900A寄存器地址映射 197
5.10.5 CS8900A的相关配置 199
小结 206
习题 207
第6章 嵌入式操作系统 208
6.1 概述 208
6.1.1 嵌入式操作系统的发展历程 209
6.1.2 嵌入式操作系统的特点 209
6.1.3 嵌入式操作系统的应用前景 210
6.2 常用嵌入式操作系统 211
6.2.1 嵌入式操作系统分类 211
6.2.2 典型嵌入式操作系统 211
6.2.3 嵌入式操作系统的选择 213
6.3 嵌入式实时操作系统（RTOS） 215
6.3.1 实时操作系统概述 215
6.3.2 实时操作系统的发展过程 215
6.3.3 实时操作系统评价指标 216
6.4 PXA255操作系统实例 216
6.4.1 基于Linux操作系统的开发 217
6.4.2 基于Windows CE操作系统的开发 232
小结 249
习题 249
第7章 基于Linux的嵌入式系统开发实例 251
7.1 开发环境的搭建 251
7.1.1 PXA255系统开发平台介绍 252
7.1.2 宿主机环境搭建 252
7.1.3 交叉编译环境的搭建 255
7.2 boot loader移植 261
7.2.1 boot loader简介 261
7.2.2 U-BOOT的移植 266
7.3 Linux内核移植 273
7.3.1 Linux内核定制 274
7.3.2 内核烧写 276
7.4 Linux根文件系统移植 276
7.4.1 Linux系统简介 276
7.4.2 Linux根文件系统构建 278
7.4.3 下载并烧写根文件系统 283
7.5 应用程序开发 283
7.5.1 LCD驱动移植 284
7.5.2 CF卡的驱动移植 284
7.5.3 USB主控接口的驱动移植 286
7.5.4 应用程序开发实例 287
7.6 PXA系列典型嵌入式系统 300
小结 303
习题 303
参考文献 304无
无