嵌入式系統原理與設計(第二版)（簡體書）

本書從教學的角度出發，全面、系統地講述了嵌入式系統及各組成部分的基本知識、技術原理和設計方法，使讀者可以了解嵌入式系統的結構組成，掌握嵌入式系統開發的思路方法，具備嵌入式系統開發的初步分析問題和解決問題的能力。本書上篇是原理部分，內容包括：嵌入式系統概述，ARM處理器和指令集，嵌入式Linux操作系統，嵌入式軟件編程技術，開發環境和調試技術，Boot Loader技術，ARMLinux內核，文件系統，設備驅動程序設計基礎，字符設備驅動程序設計，塊設備驅動程序設計，網絡設備驅動程序開發和嵌入式GUI及應用程序設計； 本書下篇是實驗部分，內容包括： 實驗基礎，開發環境建立，內核和模塊構建，文件系統構建，調試技術演練，字符設備驅動程序設計，塊設備驅動程序設計，網絡設備驅動程序設計，MiniGUI實驗設計和Android實驗設計。本書兼顧教學、科研和工程開發的需要，既可以作為各類院校嵌入式方向的本科生和研究生的嵌入式系統教材，也可以作為嵌入式系統開發工程師的參考書。

本書從教學的角度出發，全面、系統地講述了嵌入式系統及各組成部分的基本知識、技術原理和設計方法，使讀者可以了解嵌入式系統的結構組成，掌握嵌入式系統開發的思路方法，具備嵌入式系統開發的初步分析問題和解決問題的能力。

上篇原理 部 分第1章嵌入式系統概述1.1嵌入式系統簡介1.1.1嵌入式系統歷史與現狀1.1.2嵌入式系統體系結構1.1.3應用領域和發展方向1.2嵌入式處理器1.2.1嵌入式處理器簡介1.2.2ARM處理器的應用領域及一般特點1.2.3ARM處理器系列1.3嵌入式操作系統1.3.1嵌入式操作系統簡介1.3.2嵌入式Linux1.3.3VxWorks1.3.4μC/OSⅡ1.3.5Windows CE1.3.6Symbian1.3.7Android1.3.8iOS1.3.9其他嵌入式操作系統1.4嵌入式系統設計1.4.1嵌入式系統設計過程1.4.2硬件設計平臺的選擇1.4.3軟件設計平臺的選擇1.4.3嵌入式應用軟件開發1.4.5測試和優化小結進一步探索第2章ARM處理器和指令集2.1ARM處理器簡介2.1.1ARM公司和ARM產品簡介2.1.2ARM指令集體系結構版本2.1.3ARM處理器系列2.2ARM指令集簡介2.2.1RISC簡介2.2.2ARM狀態和Thumb狀態2.2.3ARM指令類型和指令的條件域2.3ARM指令的尋址方式2.3.1立即尋址2.3.2寄存器尋址2.3.3寄存器偏移尋址2.3.4寄存器間接尋址2.3.5基址變址尋址2.3.6多寄存器尋址2.3.7堆棧尋址2.3.8相對尋址2.4ARM指令簡介2.4.1跳轉指令2.4.2通用數據處理指令2.4.3乘法指令2.4.4Load/Store內存訪問指令2.4.5ARM協處理器指令2.4.6雜項指令2.4.7飽和算術指令2.4.8ARM偽指令2.5Thumb指令簡介2.5.1Thumb跳轉指令2.5.2Thumb通用數據處理指令2.5.3Thumb算術指令2.5.4Thumb內存訪問指令2.5.5Thumb軟中斷和斷電指令2.5.6Thumb偽指令小結進一步探索第3章嵌入式Linux操作系統3.1嵌入式Linux簡介3.1.1μCLinux3.1.2RTLinux3.1.3紅旗嵌入式Linux3.2內存管理3.2.1內存管理和MMU3.2.2標準Linux的內存管理3.2.3μCLinux的內存管理3.3進程管理3.3.1進程和進程管理3.3.2RTLinux的進程管理3.3.3標準Linux的進程管理3.3.4μCLinux的進程管理3.4文件系統3.4.1文件系統定義3.4.2Linux文件系統3.4.3嵌入式Linux文件系統小結進一步探索第4章嵌入式軟件編程技術4.1嵌入式編程基礎4.1.1嵌入式匯編語言基礎4.1.2嵌入式高級編程知識4.1.3嵌入式開發工程4.2嵌入式匯編編程技術4.2.1基本語法4.2.2匯編語言程序設計案例4.3嵌入式高級編程技術4.3.1函數可重入4.3.2中斷處理過程4.4高級語言與匯編語言混合編程4.4.1高級語言與匯編語言混合編程概述4.4.2匯編程序調用C程序4.4.3C程序調用匯編程序小結進一步探索第5章開發環境和調試技術5.1交叉開發模式概述5.2宿主機環境5.2.1串口終端5.2.2BOOTP5.2.3TFTP5.2.4交叉編譯5.3目標板環境5.3.1JTAG接口簡介5.3.2Boot Loader簡介5.4交叉編譯工具鏈5.4.1交叉編譯的構建5.4.2相關工具5.5gdb調試器5.6遠程調試5.6.1遠程調試原理5.6.2gdb遠程調試功能5.6.3使用gdbserver5.7內核調試5.7.1內核調試技術5.7.2kgdb內核調試5.8網絡調試小結進一步探索第6章Boot Loader技術6.1Boot Loader基本概念6.1.1Boot Loader所支持的硬件環境6.1.2Boot Loader的安裝地址6.1.3Boot Loader相關的設備和基址6.1.4Boot Loader的啟動過程6.1.5Boot Loader的操作模式6.1.6Boot Loader與主機之間的通信設備及協議6.2Boot Loader典型結構6.2.1Boot Loader階段1介紹6.2.2Boot Loader階段2介紹6.2.3關于串口終端6.3UBoot簡介6.3.1認識UBoot6.3.2UBoot特點6.3.3UBoot代碼結構分析6.4vivi簡介6.4.1認識vivi6.4.2vivi代碼導讀小結進一步探索第7章ARMLinux內核7.1ARMLinux內核簡介7.1.1ARMLinux內核和普通Linux內核的區別7.1.2ARMLinux的版本控制7.1.3ARMLinux的代碼結構7.2ARMLinux內存管理7.2.1影響內存管理的兩個方面7.2.2ARMLinux的存儲機制7.2.3虛擬內存7.3ARMLinux進程管理和調度7.3.1進程的表示和生命周期7.3.2Linux進程的創建、執行和銷毀7.3.3Linux進程的調度7.4ARMLinux模塊機制7.4.1Linux模塊概述7.4.2模塊代碼結構7.4.3模塊的加載7.4.4模塊的卸載7.4.5版本依賴7.5ARMLinux中斷管理7.6ARMLinux系統調用7.7ARMLinux系統啟動和初始化7.7.1使用Boot Loader將內核映像載入7.7.2內核數據結構初始化——內核引導部分7.7.3外設初始化——內核引導第二部分7.7.4init進程和inittab腳本7.7.5rc啟動腳本7.7.6Shell的啟動小結進一步探索第8章文件系統8.1嵌入式文件系統簡介8.1.1Linux文件系統簡介8.1.2嵌入式文件系統簡介8.2嵌入式Linux文件系統框架8.3JFFS2嵌入式文件系統8.3.2數據節點8.3.3可靠性支持8.3.4內存使用8.3.5垃圾收集8.3.6寫平衡8.3.7JFFS2的不足之處8.3.8JFFS3簡介8.4根文件系統8.4.1什么是根文件系統8.4.2建立JFFS2根文件系統小結進一步探索第9章設備驅動程序設計基礎9.1Linux設備驅動程序簡介9.1.1設備的分類9.1.2設備文件9.1.3主設備號和次設備號9.1.4Linux設備驅動代碼的分布9.1.5Linux設備驅動程序的特點9.2設備驅動程序結構9.2.1驅動程序的注冊與注銷9.2.2設備的打開與釋放9.2.3設備的讀寫操作9.2.4設備的控制操作9.2.5設備的輪詢和中斷處理9.3Linux內核設備模型9.3.1設備模型建立的目的9.3.2sysfs——設備拓撲結構的文件系統表現9.3.3驅動模型和sysfs9.3.4kobject9.3.5platform總線9.4同步機制9.4.1同步鎖9.4.2信號量9.4.3讀寫信號量9.4.4原子操作9.4.5完成事件9.4.6時間9.5內存映射和管理9.5.1物理地址映射到虛擬地址9.5.2內核空間映射到用戶空間9.6工作隊列9.7異步I/O9.8DMA9.8.1DMA數據傳輸9.8.2DMA定義9.8.3DMA映射小結進一步探索第10章字符設備和驅動程序設計10.1字符設備驅動框架10.2字符設備驅動開發10.2.1設備號10.2.2關鍵數據結構10.2.3字符設備注冊和注銷10.3GPIO驅動概述10.4串行總線概述10.4.1SPI總線10.4.2I2C總線10.4.3SMBus總線10.5I2C總線驅動開發10.5.1I2C驅動架構10.5.2關鍵數據結構10.5.3I2C核心10.5.4I2C總線驅動10.5.5I2C設備驅動小結進一步探索第11章塊設備和驅動程序設計11.1塊設備驅動程序設計概要11.1.1塊設備的數據交換方式11.1.2塊設備讀寫請求11.2Linux塊設備驅動相關數據結構與函數11.2.1gendisk結構11.2.2request結構11.2.3request_queue隊列11.2.4bio結構11.3塊設備的注冊與注銷11.4塊設備初始化與卸載11.5塊設備操作11.6請求處理11.7MMC卡驅動11.7.1MMC/SD芯片介紹11.7.2MMC/SD卡驅動結構11.7.3MMC卡塊設備驅動分析11.7.4HSMCI接口驅動設計分析小結進一步探索第12章網絡設備驅動程序開發12.1以太網基礎知識12.1.1CSMA/CD協議12.1.2以太網幀結構12.1.3嵌入式系統中常用的絡協議12.2嵌入式網絡設備驅動開發概述12.3網絡設備驅動基本數據結構12.3.1_device數據結構12.3.2sk_buffer數據結構12.4網絡設備初始化12.5打開和關閉接口12.6數據接收與發送12.7查看狀態與參數設置12.8AT91SAM9G45網卡驅動12.8.1EMAC模塊簡介12.8.2模塊圖12.8.3功能描述12.8.4寄存器描述12.8.5AT91SAM9G45芯片EMAC控制器驅動分析小結進一步探索第13章嵌入式GUI及應用程序設計13.1嵌入式GUI設計概述13.1.1嵌入式GUI簡介13.1.2嵌入式GUI設計需求13.1.3嵌入式GUI設計原則13.1.4主流嵌入式GUI簡介13.2嵌入式GUI體系結構設計13.2.1嵌入式GUI體系結構13.2.2抽象層13.2.3核心層13.2.4接口層13.3基于主流GUI的應用程序設計13.3.1MiniGUI開發環境搭建13.3.2基于MiniGUI的應用程序設計13.3.3Android開發環境搭建13.3.4基于Android的應用程序設計小結進一步探索下篇實驗部分第1章實驗基礎第2章開發環境建立第3章內核和模塊構建第4章文件系統構建第5章調試技術演練第6章字符設備和驅動程序設計第7章塊設備驅動程序設計第8章網絡設備驅動程序設計第9章MiniGUI應用設計第10章Android應用設計