第1章 嵌入式系統設計基礎 1 1.1 嵌入式系統概述 1 1.1.1 嵌入式系統的定義 1 1.1.2 嵌入式系統的特點 1 1.1.3 嵌入式系統的發展趨勢 2 1.2 計算機系統的組成 3 1.2.1 硬件系統 3 1.2.2 軟件系統 5 1.2.3 軟硬件系統的關系 6 1.3 計算機系統中的數據表示 7 1.3.1 數的r進制表示 7 1.3.2 原碼、反碼、補碼和移碼 8 1.3.3 浮點數的表示 11 1.3.4 非數值數據的編碼 13 1.4 計算機系統的性能 15 1.4.1 性能量化指標 15 1.4.2 性能預測的摩爾定律 15 1.4.3 性能改進的Amdahl定律 16 1.5 嵌入式處理器 17 1.5.1 單片機 17 1.5.2 微處理器 18 1.5.3 數字信號處理器 19 1.5.4 嵌入式片上系統 19 習題 20 第2章 CPU組成與流水線設計 21 2.1 CPU組成 21 2.1.1 CPU的基本結構 21 2.1.2 CPU的主要寄存器 22 2.1.3 CPU的基本功能 23 2.2 CPU性能量化 24 2.2.1 CPU性能公式 24 2.2.2 提高CPU性能 25 2.3 流水線技術 26 2.3.1 流水線的概念 26 2.3.2 流水線的分類 28 2.3.3 流水線性能分析 30 2.4 流水線相關及解決方案 35 2.4.1 結構相關 35 2.4.2 數據相關 37 2.4.3 控制相關 40 2.5 ARM流水線舉例 46 習題 47 第3章 存儲系統組成與設計 49 3.1 存儲器簡介 49 3.1.1 存儲原理 49 3.1.2 存儲器分類 50 3.1.3 存儲器性能指標 52 3.2 常用存儲器 53 3.2.1 ROM 53 3.2.2 RAM 56 3.2.3 閃存 58 3.2.4 磁表面存儲器 59 3.2.5 機械硬盤 62 3.2.6 固態硬盤 64 3.3 存儲系統設計 66 3.3.1 主存儲器的讀寫 66 3.3.2 存儲系統的大小端 68 3.3.3 存儲器字位擴展 69 3.3.4 分層存儲系統設計 71 3.4 高速緩存系統設計 73 3.4.1 基本原理 73 3.4.2 主存與Cache的地址映像規則 75 3.4.3 Cache的替換算法與寫策略 78 習題 81 第4章 總線與接口 82 4.1 總線的基本概念 82 4.1.1 總線的定義 82 4.1.2 總線的分類 82 4.1.3 總線的性能指標 83 4.1.4 總線結構 83 4.2 總線操作 85 4.2.1 總線操作階段 85 4.2.2 總線仲裁 85 4.2.3 總線握手 88 4.3 常用總線標準 90 4.3.1 AMBA 91 4.3.2 PCI總線 91 4.3.3 PCIE總線 92 4.3.4 USB 93 4.4 常用接口標準 94 4.4.1 并行接口 94 4.4.2 串行接口 96 習題 98 第5章 基于ARM處理器的嵌入式硬件 系統設計 99 5.1 ARM處理器 99 5.1.1 ARM簡介 99 5.1.2 ARM處理器的分類 99 5.1.3 經典ARM處理器后綴含義 102 5.1.4 ARM處理器工作狀態及運行模式 103 5.1.5 ARM處理器支持的異常/中斷 104 5.1.6 ARM處理器的寄存器 105 5.2 硬件系統設計基礎 109 5.2.1 ARM芯片選型原則 109 5.2.2 存儲芯片選型原則 111 5.2.3 電路原理圖檢查 111 5.2.4 *小硬件系統設計 113 5.3 ARM9處理器S3C2410 114 5.3.1 S3C2410簡介 114 5.3.2 S3C2410結構特點 115 5.3.3 S3C2410各模塊的主要功能 115 5.4 基于S3C2410的硬件電路設計 117 5.4.1 時鐘、復位與電源電路設計 117 5.4.2 存儲系統電路設計 123 5.4.3 基本接口電路設計 131 習題 140 第6章 ARM指令集及匯編程序設計 141 6.1 ARM指令體系結構 141 6.1.1 ARM指令體系特點 141 6.1.2 ARM指令體系結構的版本 141 6.1.3 ARM指令體系支持的數據類型 143 6.1.4 ARM處理器的指令集 143 6.1.5 ARM指令的條件碼 143 6.1.6 ARM指令分類 145 6.2 ARM指令集 145 6.2.1 數據處理指令 145 6.2.2 存儲器訪問指令 153 6.2.3 跳轉指令 162 6.2.4 雜項指令 164 6.3 Thumb指令集 168 6.3.1 Thumb指令集概述 168 6.3.2 Thumb指令集編碼 168 6.3.3 Thumb指令集舉例 169 6.4 ARM指令的尋址方式 171 6.4.1 尋址方式的類型 171 6.4.2 具體尋址方式 173 6.5 ARM偽指令與偽操作 180 6.5.1 ARM偽指令 180 6.5.2 ARM偽操作 182 6.6 ARM匯編程序設計 185 6.6.1 匯編語言結構 185 6.6.2 匯編語言程序示例 186 6.6.3 匯編語言與C/C++的混合編程 188 習題 190 第7章 Linux操作系統 192 7.1 Linux操作系統簡介 192 7.1.1 Linux的發展歷程 192 7.1.2 Linux系統組成與主要特點 194 7.1.3 Linux的版本 195 7.2 Linux內核 197 7.2.1 Linux內核的位置和作用 197 7.2.2 Linux內核組成及各子系統的作用 198 7.2.3 Linux內核的特征 200 7.3 進程與進程調度 201 7.3.1 進程的基本概念 201 7.3.2 進程控制塊 204 7.3.3 與進程控制相關的系統調用 205 7.3.4 進程調度 208 7.4 內存管理 210 7.4.1 內存管理基礎 210 7.4.2 主要機制及相互關系 212 7.4.3 內存管理的請頁機制 213 7.4.4 物理內存分配與回收 214 7.4.5 內存管理的交換機制 217 7.5 進程通信 219 7.5.1 互斥和同步 219 7.5.2 同步機制 221 7.5.3 高級通信方式 223 7.5.4 Linux的進程通信 224 7.6 文件系統 227 7.6.1 Linux下的文件 228 7.6.2 虛擬文件系統 229 7.6.3 文件系統涉及的主要數據結構 231 7.6.4 文件系統的注冊、安裝與卸載 231 7.6.5 文件的打開與讀寫 232 習題 233 第8章 Linux下Shell命令與編程 235 8.1 基本概念 235 8.1.1 Shell簡介 235 8.1.2 Linux下的目錄與路徑 236 8.1.3 Linux下的用戶 238 8.2 常用Shell命令 239 8.2.1 目錄和文件操作命令 239 8.2.2 用戶管理命令 244 8.2.3 其他常用命令 247 8.2.4 命令行高級技巧 252 8.3 Shell編程基礎 255 8.3.1 Shell腳本的執行 255 8.3.2 Shell腳本的輸入和輸出 256 8.3.3 Shell變量 257 8.3.4 算術運算 261 8.3.5 條件測試 264 8.4 Shell編程的控制語句 267 8.4.1 條件判斷結構 267 8.4.2 多條件判斷結構 269 8.4.3 循環結構 270 習題 274 第9章 Linux下程序設計工具 276 9.1 Vi編輯器 276 9.1.1 Vi概述 276 9.1.2 Vi的命令行模式 277 9.1.3 Vi的插入模式 280 9.1.4 Vi的底行模式 280 9.1.5 Vi使用實例 281 9.2 GCC編譯器 284 9.2.1 GCC概述 284 9.2.2 編譯流程 284 9.2.3 GCC編譯選項 287 9.3 GDB調試器 292 9.3.1 GDB簡介 292 9.3.2 GDB常用命令 293 9.3.3 GDB調試初步 294 9.3.4 GDB使用詳解 296 9.4 Make項目管理器 306 9.4.1 Make概述 306 9.4.2 Make與Makefile的關系 308 9.5 Makefile編程 310 9.5.1 Makefile的規則 310 9.5.2 Makefile變量 313 9.5.3 Makefile高級編程 316 9.5.4 Makefile中的常用內部函數 319 習題 323 參考文獻 326