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第1章 嵌入式系统导论1

1.1 嵌入式系统概述1

1.1.1 嵌入式系统的发展历程3

1.1.2 嵌入式系统的特点7

1.1.3 嵌入式系统的分类8

1.2 嵌入式系统的应用领域12

1.3 嵌入式系统的发展趋势14

思考题15

第2章 嵌入式硬件系统17

2.1 基本组成17

2.2 嵌入式微处理器18

2.2.1 嵌入式微处理器的特点19

2.2.2 主流的嵌入式微处理器23

2.3 总线41

2.3.1 AMBA总线42

2.3.2 PCI总线45

2.3.3 串行总线48

2.4 存储器55

2.4.1 存储器结构55

2.4.2 电子盘56

2.5 I/O接口和设备59

思考题59

第3章 嵌入式软件系统61

3.1 嵌入式软件系统概述61

3.1.1 嵌入式软件分类62

3.1.2 嵌入式软件体系结构63

3.1.3 嵌入式软件运行流程64

3.2 嵌入式操作系统65

3.2.1 体系结构66

3.2.2 功能及特点70

3.2.3 发展趋势73

3.3 嵌入式软件开发工具73

3.3.1 嵌入式软件开发工具的分类73

3.3.2 嵌入式软件的交叉开发环境75

3.3.3 嵌入式软件实现阶段的开发过程76

3.3.4 嵌入式软件开发工具的发展趋势91

思考题92

第4章 嵌入式实时内核基础93

4.1 嵌入式实时内核的关键设计问题93

4.1.1 实时性93

4.1.2 可移植性102

4.1.3 可剪裁、可配置性104

4.1.4 可靠性105

4.1.5 应用编程接口105

4.2 嵌入式实时内核的主要功能108

4.2.1 任务管理108

4.2.2 中断管理109

4.2.3 时间管理109

4.2.4 对共享资源的互斥管理110

4.2.5 同步与通信管理112

4.2.6 内存管理114

4.2.7 I/O管理116

4.2.8 出错处理116

4.2.9 用户扩展管理116

4.2.10 电源管理117

4.3 嵌入式实时内核的重要性能指标119

4.3.1 概述119

4.3.2 中断时序图120

4.3.3 中断延迟时间124

4.3.4 内核最大关中断时间125

4.3.5 中断响应时间126

4.3.6 中断恢复时间126

4.3.7 非屏蔽中断127

4.3.8 中断处理时间128

4.3.9 任务上下文切换时间128

4.3.10 任务响应时间130

4.3.11 系统调用的执行时间131

4.3.12 有关时间确定性的测试134

4.3.13 嵌入式实时内核的存储开销135

思考题135

第5章 任务管理与调度137

5.1 概述137

5.2 任务139

5.2.1 任务的定义及其主要特性139

5.2.2 任务的内容139

5.2.3 任务分类139

5.2.4 任务参数141

5.3 任务管理142

5.3.1 任务状态与变迁142

5.3.2 任务控制块143

5.3.3 任务切换144

5.3.4 任务队列145

5.3.5 任务管理机制150

5.4 任务调度154

5.4.1 概述154

5.4.2 基于优先级的可抢占调度156

5.4.3 时间片轮转调度157

5.4.4 静态调度157

5.4.5 动态调度161

5.4.6 静态调度与动态调度之间的比较162

5.5 优先级反转162

5.5.1 概述162

5.5.2 优先级继承协议163

5.5.3 优先级天花板协议164

5.6 多处理器调度171

5.6.1 概述171

5.6.2 使用率平衡算法172

5.6.3 基于RMS的任务分配算法172

5.6.4 基于EDF的首次匹配算法173

思考题174

第6章 同步、互斥与通信176

6.1 概述176

6.2 信号量178

6.2.1 信号量的种类及用途178

6.2.2 互斥信号量178

6.2.3 二值信号量180

6.2.4 计数信号量182

6.2.5 信号量机制的主要数据结构183

6.2.6 典型的信号量操作184

6.2.7 与信号量有关的资源配置问题187

6.3 邮箱和消息队列187

6.3.1 通信方式概述187

6.3.2 消息队列机制的主要数据结构188

6.3.3 典型的消息队列操作190

6.3.4 与消息队列有关的资源配置问题194

6.3.5 消息队列的其他典型应用194

6.4 事件195

6.4.1 事件机制概述195

6.4.2 事件机制的主要数据结构197

6.4.3 典型的事件操作198

6.4.4 与事件机制有关的资源配置问题199

6.4.5 事件机制的典型应用200

6.5 异步信号201

6.5.1 异步信号机制概述201

6.5.2 异步信号机制与中断机制的比较202

6.5.3 异步信号机制与事件机制的比较203

6.5.4 异步信号机制的主要数据结构203

6.5.5 典型的异步信号操作204

6.6 管道205

6.6.1 管道机制概述205

6.6.2 管道机制的主要数据结构206

6.6.3 典型的管道操作207

6.6.4 管道机制的典型应用208

思考题208

第7章 中断和时间管理210

7.1 中断管理210

7.1.1 概述210

7.1.2 中断的分类211

7.1.3 中断处理的过程213

7.1.4 实时内核的中断管理215

7.1.5 用户中断服务程序217

7.2 时间管理219

7.2.1 硬件时钟设备219

7.2.2 时间管理221

思考题224

第8章 内存管理和I/O管理225

8.1 内存管理225

8.1.1 概述225

8.1.2 内存管理机制226

8.2 I/O管理234

思考题245

第9章 高可靠嵌入式实时操作系统246

9.1 高可靠嵌入式实时操作系统的产生和发展246

9.1.1 高可靠嵌入式实时操作系统概况246

9.1.2 几种流行的高可靠嵌入式实时操作系统247

9.2 国际和国内标准252

9.2.1 ARINC 653252

9.2.2 ASAAC252

9.2.3 GJB 5357—2005254

9.3 高可靠嵌入式实时操作系统硬件基础255

9.3.1 80x86255

9.3.2 PowerPC259

9.4 高可靠嵌入式实时操作系统的实现263

9.4.1 概述263

9.4.2 隔离保护264

9.4.3 分区调度268

9.4.4 分区间通信270

9.4.5 健康监测272

思考题274

第10章 嵌入式系统软件的开发275

10.1 嵌入式系统开发模式275

10.1.1 嵌入式系统开发模式概述275

10.1.2 处理器及硬件开发平台的选定278

10.1.3 操作系统选定280

10.1.4 开发环境选定285

10.2 实时软件分析设计方法286

10.2.1 实时软件的分析设计要求286

10.2.2 DARTS分析设计方法289

10.3 安全关键领域软件开发299

10.3.1 DO-178B301

10.3.2 同步语言318

10.3.3 关于集成开发环境的一些高级方法331

思考题337

附录 实验光盘内容339

参考文献341