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第Ⅰ部分 理解嵌入式系统的基本概念3

第1章 嵌入式系统简介3

1.1 嵌入式系统的含义3

1.2 对比嵌入式系统与通用计算系统4

1.3 嵌入式系统的发展历程5

1.4 嵌入式系统的分类6

1.4.1 基于时代的分类6

1.4.2 基于复杂度和性能的分类7

1.5 嵌入式系统的主要应用领域7

1.6 嵌入式系统的用途8

1.6.1 数据的采集、存储与显示8

1.6.2 数据通信9

1.6.3 数据（信号）处理10

1.6.4 监测10

1.6.5 控制10

1.6.6 专用用户界面11

1.7 可穿戴设备——嵌入式技术与生活方式的创新结合11

1.8 本章小结12

1.9 重要术语13

1.10 课后习题14

1.11 复习题14

第2章 典型的嵌入式系统15

2.1 嵌入式系统的内核17

2.1.1 通用处理器与专用处理器17

2.1.2 专用集成电路24

2.1.3 可编程逻辑器件25

2.1.4 商用现货26

2.2 存储器27

2.2.1 程序存储器27

2.2.2 读-写存储器／随机存取存储器29

2.2.3 基于接口类型的存储器分类31

2.2.4 存储器映射31

2.2.5 嵌入式系统中的存储器选型32

2.3 传感器与激励器33

2.3.1 传感器34

2.3.2 激励器34

2.3.3 I/O子系统34

2.4 通信接口42

2.4.1 板上通信接口43

2.4.2 外部通信接口48

2.5 嵌入式固件56

2.6 系统其他元件57

2.6.1 复位电路57

2.6.2 欠压保护电路58

2.6.3 振荡器58

2.6.4 实时时钟59

2.6.5 看门狗定时器59

2.7 PCB与无源元件60

2.8 本章小结60

2.9 重要术语62

2.10 课后习题64

2.11 复习题67

2.12 实验练习题68

第3章 嵌入式系统的特征与质量属性69

3.1 嵌入式系统的特征69

3.1.1 面向特定应用和特定领域69

3.1.2 反馈与实时性70

3.1.3 能在恶劣环境中工作70

3.1.4 分布式70

3.1.5 尺寸小、重量轻71

3.1.6 低功耗、节能71

3.2 嵌入式系统的质量属性71

3.2.1 工作模式下的质量属性71

3.2.2 非工作模式下的质量属性73

3.3 本章小结75

3.4 重要术语76

3.5 课后习题76

3.6 复习题78

第4章 嵌入式系统——面向特定应用与特定领域79

4.1 洗衣机——面向特定应用的嵌入式系统79

4.2 汽车——面向特定领域的嵌入式系统81

4.2.1 汽车嵌入式系统工作的内部情况81

4.2.2 汽车通信总线82

4.2.3 汽车嵌入式市场上的主流厂商83

4.3 本章小结85

4.4 重要术语85

4.5 课后习题86

4.6 复习题86

第5章 使用8位微控制器8051设计嵌入式系统87

5.1 控制器选型时需要考虑的因素88

5.1.1 功能集合88

5.1.2 运行速度88

5.1.3 代码存储空间88

5.1.4 数据存储空间88

5.1.5 开发环境支持88

5.1.6 可用性89

5.1.7 功耗89

5.1.8 成本89

5.2 选用8051微控制器的原因89

5.3 基于8051的设计89

5.3.1 8051的基本架构89

5.3.2 存储器结构90

5.3.3 寄存器96

5.3.4 振荡器98

5.3.5 端口99

5.3.6 中断114

5.3.7 8051中断系统115

5.3.8 定时器125

5.3.9 串口132

5.3.10 复位电路143

5.3.11 省电节能模式144

5.4 8052微控制器148

5.5 8051/52的衍生产品148

5.5.1 Atmel公司的AT89C51RD2/ED2149

5.5.2 Maxim公司的DS80C320/DS80C323149

5.6 本章小结149

5.7 重要术语151

5.8 课后习题151

5.9 复习题155

5.10 实验练习题157

第6章 基于8051微控制器的编程159

6.1 8051支持的各种寻址模式160

6.1.1 直接寻址160

6.1.2 间接寻址160

6.1.3 寄存器寻址161

6.1.4 立即寻址162

6.1.5 索引寻址162

6.2 8051指令集166

6.2.1 数据传输指令166

6.2.2 算术运算指令171

6.2.3 逻辑指令178

6.2.4 布尔运算指令183

6.2.5 程序控制转移指令185

6.3 本章小结187

6.4 重要术语188

6.5 课后习题189

6.6 复习题195

6.7 实验练习题196

第7章 软硬件协同设计与程序建模197

7.1 软硬件协同设计的基本概念198

7.2 嵌入式设计的计算模型199

7.2.1 数据流程图模型200

7.2.2 控制数据流程图200

7.2.3 状态机模型201

7.2.4 顺序程序模型204

7.2.5 并发处理模型／通信处理模型206

7.2.6 面向对象模型207

7.3 统一建模语言简介208

7.3.1 UML构建块208

7.3.2 UML工具212

7.4 软硬件权衡212

7.5 本章小结213

7.6 重要术语214

7.7 课后习题215

7.8 复习题216

7.9 实验练习题217

第Ⅱ部分 嵌入式产品的设计与开发223

第8章 嵌入式硬件设计与开发223

8.1 模拟电子元件224

8.2 数字电子元件225

8.2.1 集电极开路与三态输出225

8.2.2 逻辑门226

8.2.3 缓冲器227

8.2.4 锁存器227

8.2.5 译码器228

8.2.6 编码器228

8.2.7 多路复用器229

8.2.8 多路输出选择器230

8.2.9 组合电路230

8.2.10 时序电路232

8.3 VLSI与集成电路设计236

8.4 电子设计自动化工具241

8.5 OrCAD EDA工具的用法242

8.6 使用OrCAD的Capture CIS工具实现电路图设计242

8.6.1 电路图绘制窗口245

8.6.2 电路图绘图工具245

8.6.3 电路图绘制明细249

8.6.4 创建元件编号251

8.6.5 设计规则检查252

8.6.6 创建材料清单253

8.6.7 创建网表254

8.7 PCB布局布线设计257

8.7.1 布局布线构建块257

8.7.2 使用OrCAD布局布线工具完成布局布线设计262

8.7.3 PCB布局布线准则277

8.8 印刷电路板制造278

8.8.1 各种类型的PCB278

8.8.2 PCB制造方法279

8.8.3 PCB设计完成后，电路板外形及其调试测试280

8.9 本章小结283

8.10 重要术语284

8.11 课后习题285

8.12 复习题288

8.13 实验练习题289

第9章 嵌入式固件设计与开发293

9.1 嵌入式固件设计方法294

9.1.1 基于超循环的方法294

9.1.2 基于嵌入式操作系统的方法296

9.2 嵌入式固件开发语言296

9.2.1 基于汇编语言的开发296

9.2.2 基于高级语言的开发303

9.2.3 汇编语言与高级语言混合编程305

9.3 嵌入式C编程308

9.3.1 对比C语言与嵌入式C语言308

9.3.2 对比编译器与交叉编译器308

9.3.3 在嵌入式C编程中使用C语言309

9.4 本章小结358

9.5 重要术语359

9.6 课后习题360

9.7 复习题365

9.8 实验练习题367

第10章 基于实时操作系统的嵌入式系统设计369

10.1 操作系统基础知识370

10.2 操作系统分类374

10.2.1 通用操作系统374

10.2.2 实时操作系统374

10.3 任务、进程与线程379

10.3.1 进程379

10.3.2 线程381

10.4 多处理与多任务390

10.5 任务调度391

10.5.1 非抢占式调度393

10.5.2 抢占式调度401

10.6 结合使用线程、进程与调度410

10.7 任务通信414

10.7.1 存储器共享415

10.7.2 消息传递421

10.7.3 远程过程调用与套接字426

10.8 任务同步430

10.8.1 任务通信／同步问题430

10.8.2 任务同步技术442

10.9 设备驱动程序460

10.10 选择RTOS的方法462

10.10.1 功能性需求462

10.10.2 非功能性需求463

10.11 本章小结464

10.12 重要术语466

10.13 课后习题468

10.14 复习题479

10.15 实验练习题483

第11章 基于VxWorks与MicroC/OS-ⅡRTOS的嵌入式系统设计简介485

11.1 VxWorks486

11.1.1 任务创建与管理486

11.1.2 任务调度489

11.1.3 内核服务489

11.1.4 任务间通信490

11.1.5 任务同步与互斥494

11.1.6 中断处理497

11.1.7 监控任务执行的看门狗499

11.1.8 定时与定时基准500

11.1.9 VxWorks开发环境500

11.2 MicroC/OS-Ⅱ500

11.2.1 任务创建与管理500

11.2.2 内核函数与初始化506

11.2.3 任务调度507

11.2.4 任务间通信509

11.2.5 互斥与任务同步514

11.2.6 定时与定时基准524

11.2.7 存储器管理525

11.2.8 中断处理525

11.2.9 MicroC/OS-Ⅱ开发环境527

11.3 本章小结527

11.4 重要术语528

11.5 课后习题529

11.6 复习题531

11.7 实验练习题532

第12章 嵌入式硬件与固件的集成与测试537

12.1 硬件与固件的集成538

12.1.1 离线编程538

12.1.2 在系统编程540

12.1.3 在应用编程541

12.1.4 使用厂家编程芯片542

12.1.5 对基于操作系统的器件实现固件加载542

12.2 电路板加电542

12.3 本章小结543

12.4 重要术语544

12.5 复习题544

第13章 嵌入式系统开发环境545

13.1 集成开发环境546

13.1.1 基于8051的Keilμ Vision547

13.1.2 嵌入式系统开发IDE概述570

13.2 交叉编译过程中生成的各种文件572

13.2.1 列表文件（.LST）572

13.2.2 预处理器输出文件575

13.2.3 目标文件（.OBJ）575

13.2.4 Map文件（.MAP）575

13.2.5 Hex文件（.HEX）578

13.3 反汇编器与反编译器580

13.4 模拟器、仿真器与调试581

13.4.1 模拟器581

13.4.2 仿真器与调试器582

13.5 目标硬件调试589

13.5.1 放大镜589

13.5.2 万用表589

13.5.3 数字CRO589

13.5.4 逻辑分析仪590

13.5.5 函数生成器590

13.6 边界扫描590

13.7 本章小结592

13.8 重要术语593

13.9 课后习题593

13.10 复习题595

13.11 实验练习题595

第14章 产品外壳设计与开发597

14.1 产品外壳设计工具598

14.2 产品外壳开发技术598

14.2.1 外壳手工设计598

14.2.2 快速原型开发599

14.2.3 加工与制模599

14.2.4 金属薄板600

14.2.5 商用现货外壳600

14.3 本章小结600

14.4 重要术语602

14.5 课后习题602

14.6 复习题602

第15章 嵌入式产品开发生命周期603

15.1 EDLC的含义604

15.2 EDLC的作用604

15.3 EDLC的目标604

15.3.1 保障产品质量605

15.3.2 通过管理降低风险并预防缺陷605

15.3.3 提高生产效率606

15.4 EDLC的各个阶段606

15.4.1 需求607

15.4.2 概念成型608

15.4.3 分析610

15.4.4 设计612

15.4.5 开发与测试613

15.4.6 部署614

15.4.7 支持615

15.4.8 升级616

15.4.9 退市616

15.5 EDLC方法（EDLC建模）617

15.5.1 线性／瀑布模型617

15.5.2 迭代／增量模型（也称为喷泉模型）618

15.5.3 原型／演化模型619

15.5.4 螺旋模型620

15.6 本章小结621

15.7 重要术语622

15.8 课后习题623

15.9 复习题624

第16章 嵌入式产业发展趋势625

16.1 嵌入式系统处理器发展趋势625

16.1.1 片上系统626

16.1.2 系统级封装627

16.1.3 多核处理器／片上多处理器627

16.1.4 可重构处理器628

16.2 嵌入式操作系统发展趋势628

16.3 开发语言发展趋势629

16.3.1 基于Java的嵌入式开发629

16.3.2 基于.NET CF的嵌入式开发631

16.4 开放式标准、框架与联盟632

16.4.1 开放式移动联盟632

16.4.2 开放式手机联盟632

16.4.3 Android632

16.4.4 Tizen632

16.5 瓶颈633

16.5.1 性能、电源优化和热量管理633

16.5.2 缺少标准或标准执行力度不够633

16.5.3 缺少专业的人力资源633

16.6 开发平台的发展趋势633

16.6.1 Arduino634

16.6.2 BeagleBone634

16.6.3 Sharks Cove634

16.6.4 MinnowBoard MAX634

16.6.5 Raspberry Pi634

16.6.6 英特尔的Galileo Gen 2635

16.7 云、物联网和嵌入式系统——未来的重要发展635

附录A PIC系列微控制器、AVR系列微控制器、ARM处理器简介637

附录B 设计案例研究655