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第1部分 嵌入式系统2

第1章 嵌入式系统概述2

1.1 什么是嵌入式系统2

1.2 嵌入式系统的特点3

1.3 嵌入式系统的体系结构4

1.3.1 硬件平台5

1.3.2 硬件抽象层6

1.3.3 实时操作系统7

1.3.4 实时应用程序7

1.4 嵌入式系统的分类7

1.5 嵌入式系统的应用9

本章小结10

思考与练习题11

第2章 嵌入式系统设计基本概念12

2.1 嵌入式硬件系统12

2.1.1 嵌入式处理器13

2.1.2 存储器18

2.1.3 外围设备22

2.2 嵌入式操作系统28

2.2.1 嵌入式操作系统的发展28

2.2.2 嵌入式实时操作系统的分类28

2.2.3 嵌入式实时操作系统的可裁剪性及其实现29

2.2.4 常用的实时操作系统30

2.3 嵌入式系统的基本设计过程33

2.3.1 需求分析34

2.3.2 规格说明36

2.3.3 体系结构设计36

2.3.4 设计硬件构件和软件构件40

2.3.5 系统调试与集成41

2.4 本教程选择的软硬件平台41

2.4.1 教学硬件平台——ARM41

2.4.2 教学软件平台——Linux41

本章小结42

思考与练习题42

第2部分 嵌入式系统硬件开发技术第3章 基于ARM的处理器体系结构46

3.1 ARM体系结构47

3.1.1 ARM微处理器结构47

3.1.2 ARM工作状态53

3.1.3 ARM微处理器的寄存器组织53

3.1.4 ARM微处理器的指令结构53

3.2 ARM9处理器简介53

3.2.1 与ARM7处理器比较54

3.2.2 OMAP5912处理器介绍58

本章小结61

思考与练习题62

第4章 ARM微处理器的编程模型与指令系统63

4.1 ARM微处理器的工作状态63

4.2 ARM微处理器的运行模式64

4.3 ARM体系结构的存储器格式64

4.3.1 大端格式64

4.3.2 小端格式65

4.4 寄存器组织65

4.4.1 ARM状态下的寄存器组织65

4.4.2　Thumb状态下的寄存器组织69

4.5　ARM的异常70

4.5.1　ARM体系结构所支持的异常类型70

4.5.2　异常向量（Exception Vectors）71

4.5.3　对异常的响应71

4.5.4　从异常返回72

4.5.5　各类异常的具体描述73

4.5.6　异常的进入／退出74

4.5.7　异常优先级（Exception Priorities）75

4.6　ARM微处理器的指令系统基础75

4.6.1　指令长度及数据类型75

4.6.2　ARM微处理器的指令的分类与格式76

4.6.3　指令的条件域76

4.7　ARM指令的寻址方式77

4.7.1　立即寻址77

4.7.2　寄存器寻址77

4.7.3　寄存器间接寻址78

4.7.4　基址变址寻址78

4.7.5　多寄存器寻址79

4.7.6　堆栈寻址80

4.7.7　相对寻址80

4.8　ARM指令集81

4.8.1　数据处理指令81

4.8.2　乘法指令与乘加指令85

4.8.3　程序状态寄存器访问指令87

4.8.4　加载／存储指令88

4.8.5　批量数据加载／存储指令89

4.8.6　跳转指令90

4.8.7　数据交换指令91

4.8.8　移位指令（操作）92

4.8.9　协处理器指令93

4.8.10　异常产生指令94

4.9　Thumb指令及应用95

4.9.1 Thumb编程模型95

4.9.2　Thumb状态切换96

4.9.3　Thumb指令集特点96

本章小结97

思考与练习题97

第3部分　嵌入式系统软件程序设计第5章　嵌入式操作系统100

5.1　嵌入式系统的进程100

5.1.1　进程的概念101

5.1.2　上下文切换102

5.1.3　进程状态103

5.1.4　进程调度104

5.1.5　进程间通信机制110

5.2　嵌入式操作系统的中断和时钟管理115

5.2.1　中断管理115

5.2.2　时钟管理118

5.3　嵌入式操作系统的内存管理120

5.3.1 内存管理的主要功能120

5.3.2　虚拟内存的概念120

5.4　常用嵌入式操作系统121

5.4.1 μC/OS-Ⅱ121

5.4.2　Linux操作系统130

本章小结139

思考与练习题140

第6章　嵌入式Linux开发环境及其在ARM上的移植141

6.1　嵌入式Linux开发环境142

6.1.1　交叉编译工具介绍143

6.1.2　交叉编译环境的建立155

6.2　嵌入式Linux在ARM平台上的移植161

6.2.1　Linux内核源代码的基本组织情况161

6.2.2　嵌入式Linux内核裁剪方法162

6.2.3　嵌入式Linux内核定制过程165

6.2.4　内核编译及装载169

6.2.5　文件系统及其实现169

本章小结172

思考与练习题173

第7章　设备驱动程序174

7.1　概述174

7.1.1　设备驱动原理175

7.1.2　模块化编程176

7.1.3　设备类型177

7.1.4　设备号181

7.2　设备文件接口182

7.2.1　用户访问接口182

7.2.2　一些重要数据结构183

7.2.3　I/O操作187

7.3　中断处理189

7.3.1　注册中断处理程序189

7.3.2　中断处理程序实现191

7.4　应用实例191

7.4.1　字符设备——按键驱动程序192

7.4.2　网络设备——CS8900A芯片驱动程序193

7.4.3　CAN总线驱动开发200

本章小结203

思考与练习题203

第8章　用户图形接口GUI205

8.1　嵌入式系统中的GUI205

8.1.1　嵌入式GUI的发展需求206

8.1.2　嵌入式GUI的功能特点206

8.1.3 目前流行的嵌入式GUI系统207

8.2　Qt/Embedded基础211

8.2.1　Qt/Embedded简介212

8.2.2　Qt/Embedded特点212

8.2.3　Qt/Embedded体系架构213

8.3　Qt/Embedded开发环境219

8.3.1　Qt/E 2.x系列220

8.3.2　Qt/E 3.x系列222

8.4　Qt/Embedded开发实例223

8.4.1　Qt/Embedded应用系统基本开发流程223

8.4.2　Qt/Embedded下触摸屏驱动的设计226

本章小结231

思考与练习题231

第4部分　嵌入式系统开发应用实例第9章　基于OMAP5912的开发应用实例234

9.1　MAP5912的结构和特点234

9.1.1　ARM926EJ-S内核235

9.1.2 TMS320C55x内核235

9.1.3　存储器管理235

9.1.4　直接存储器访问控制器（DMA）236

9.1.5　时钟和电源管理237

9.1.6　外围控制模块237

9.2　基于OMAP5912的硬件平台设计238

9.2.1　电源管理模块239

9.2.2　存储模块240

9.2.3　音频处理模块240

9.2.4　外围接口242

9.3　基于OMAP5912的软件系统设计243

9.3.1　OMAP5912系统的软件架构243

9.3.2　嵌入式Linux系统的启动流程244

9.3.3　Bootloader及其移植244

9.3.4　MontaVista Linux内核的移植251

9.3.5　文件系统的移植254

9.3.6　基于OMAP5912平台的Linux设备驱动程序255

本章小结256

思考与练习题256

缩略语257

参考文献260