嵌入式系统设计原理及应用

出版者:清华大学

作者:符意德

页数:292

出版时间:2010-6

价格:28.00元

isbn号码:9787302222231

具体描述

《普通高等教育"十一五"国家级规划教材•高等院校信息技术规划教材:嵌入式系统设计原理及应用(第2版)》从嵌入式系统设计及平台构建角度，全面地介绍嵌入式系统的软硬件平台设计方法。书中以基于ARM9微处理器核的S3C2410芯片为背景，首先介绍嵌入式系统硬件平台设计技术即接口技术，然后介绍软件平台的构建方法以及网络接口的设计方法，最后从方法学角度介绍复杂嵌入式系统的设计方法。

目录信息

第1章 绪论1 1.1 什么叫嵌入式系统1 1.2 嵌入式系统的特点2 1.2.1 嵌入式系统的要求2 1.2.2 嵌入式系统的核心3 1.2.3 嵌入式系统设计所面临的问题4 1.3 嵌入式系统的设计过程5 1.3.1 需求分析与规格说明5 1.3.2 体系结构设计7 1.3.3 构件设计8 1.3.4 系统集成8第2章 嵌入式微处理器体系结构9 2.1 ARM9简介9 2.1.1 ARM9的结构特点9 2.1.2 ARM9指令集特点10 2.1.3 ARM9的工作模式12 2.2 ARM9的存储组织结构13 2.2.1 大端存储和小端存储13 2.2.2 I/O接口的访问方式15 2.2.3 内部寄存器15 2.3 ARM9的异常18 2.3.1 类型及向量地址19 2.3.2 优先级20 2.3.3 进入异常和退出异常21 2.4 ARM9汇编指令22 2.4.1 寻址方式24 2.4.2 寄存器装载及存储指令27 2.4.3 算术和逻辑指令29 2.4.4 比较指令33 2.4.5 分支指令34 2.4.6 软件中断指令35第3章 嵌入式系统的存储系统36 3.1 存储器组织及接口方式36 3.1.1 随机存储器组织37 3.1.2 只读存储器组织38 3.2 存储器接口设计40 3.2.1 SRAM的接口设计40 3.2.2 DRAM的接口设计42 3.2.3 NAND Flash的接口设计42 3.3 高速缓存机制45 3.3.1 高速缓存机制原理45 3.3.2 数据替换策略47 3.3.3 数据一致性49 3.3.4 高速缓存性能分析49 3.4 虚拟存储机制51 3.4.1 虚拟内存技术原理51 3.4.2 一个具体实例52第4章 嵌入式系统的接口设计58 4.1 接口控制方式58 4.1.1 程序查询方式59 4.1.2 中断方式60 4.1.3 I/O接口的寻址62 4.2 通用并行I/O接口63 4.2.1 GPIO的一般性原理63 4.2.2 一个具体的GPIO65 4.2.3 GPIO设计实例68 4.3 定时/计数器部件70 4.3.1 定时/计数器的原理70 4.3.2 一个具体的定时器71 4.3.3 定时器的设计实例75 4.3.4 看门狗电路76 4.4 人机接口77 4.4.1 键盘接口设计77 4.4.2 LED显示器接口设计79 4.4.3 LCD显示器接口设计82第5章 嵌入式系统软件平台87 5.1 嵌入式系统软件概述88 5.1.1 嵌入式软件平台的发展88 5.1.2 嵌入式软件开发特点89 5.1.3 嵌入式Linux91 5.2 嵌入式操作系统移植96 5.2.1 启动引导程序的移植96 5.2.2 Linux内核移植98 5.3 文件系统移植100 5.3.1 Linux文件系统结构及类型100 5.3.2 Linux文件系统的原理102 5.3.3 Linux文件系统的创建104 5.4 设备驱动106 5.4.1 设备管理机制106 5.4.2 设备驱动原理108 5.4.3 驱动程序开发实例110 5.5 其他嵌入式操作系统111 5.5.1 μC/OS-II111 5.5.2 VxWorks119第6章 嵌入式网络技术140 6.1 分布式嵌入式系统结构140 6.1.1 网络结构141 6.1.2 通信方式142 6.2 常规嵌入式系统网络143 6.2.1 异步串行通信网络143 6.2.2 I2C总线160 6.2.3 CAN总线164 6.3 USB网络166 6.3.1 USB的概念及特点166 6.3.2 USB总线体系结构167 6.3.3 USB主机171 6.3.4 USB设备176 6.3.5 实例--S3C2410的USB接口部件182 6.4 嵌入式TCP/IP网络194 6.4.1 嵌入式TCP/IP协议实现的特点195 6.4.2 以太网及TCP/IP协议196 6.4.3 嵌入式TCP/IP实现199 6.5 基于网络设计的性能分析208 6.5.1 通信分析208 6.5.2 系统性能分析211 6.5.3 网络分配和调度212第7章 嵌入式系统设计和分析214 7.1 系统设计的形式化方法214 7.1.1 统一建模语言214 7.1.2 结构描述220 7.1.3 行为描述221 7.2 嵌入式系统设计范型221 7.2.1 状态机设计范型221 7.2.2 循环队列设计范型222 7.3 编程模型223 7.3.1 数据流图223 7.3.2 控制/数据流图224 7.4 程序执行时间的分析与优化224 7.4.1 执行时间的描述225 7.4.2 性能分析226 7.4.3 优化执行速度230 7.5 能量和功率的分析与优化231 7.5.1 程序功耗分析231 7.5.2 功耗优化233 7.6 程序长度的分析与优化234 7.6.1 数据的影响234 7.6.2 代码的影响234第8章 系统设计实例236 8.1 实例一： 数字式时钟236 8.1.1 系统需求236 8.1.2 规格说明237 8.1.3 系统体系结构240 8.1.4 构件设计与测试241 8.2 实例二： 医用心电仪241 8.2.1 系统需求241 8.2.2 需求分析243 8.2.3 静态结构模型247 8.2.4 动态行为模型254 8.2.5 物理模型264 8.2.6 小结264 8.3 实例三： 嵌入式Web服务器265 8.3.1 嵌入式Web服务器结构265 8.3.2 嵌入式Web服务器的设计268 8.3.3 基于嵌入式Web的应用结构270 8.3.4 基于嵌入式Web的应用程序设计277 8.3.5 小结288附录A UML元素、关系、符号289参考文献293
· · · · · · (收起)

用户评价

我是一位有着多年软件开发经验的工程师，现在需要快速转型到嵌入式领域，这本书对我的帮助简直是“雪中送炭”。我最看重的是它在实时操作系统（RTOS）部分的处理方式。很多教材要么过于理论化，要么就是紧紧围绕某个特定RTOS进行阐述，缺乏宏观的视角。这本书的妙处在于，它首先提炼了RTOS设计的通用原理，如任务调度、信号量、消息队列等，用非常清晰的UML图和流程图来描述这些机制的内部运作逻辑。随后，它选取了两个不同设计哲学的RTOS（我猜是某种抢占式和某种协作式）作为案例进行剖析，对比了它们在资源竞争和优先级反转问题上的解决方案。这种对比性的学习方法，极大地加深了我对操作系统内核间差异的理解。唯一的遗憾是，在最新的嵌入式安全和OTA更新机制方面，内容略显单薄，这或许是篇幅限制所致，但对于现代工业嵌入式系统而言，这块是不可或缺的。

这本书的排版和配图质量达到了工业级参考书的标准，这一点值得称赞。纸张的触感和印刷的清晰度，使得长时间阅读时眼睛的疲劳感减轻了不少。更重要的是，作者在描述复杂电路连接和数据流向时，所使用的图表设计非常专业。例如，在讲解CAN总线仲裁机制时，书中所绘的时序图，精准地捕捉到了冲突检测和报文优先级的确定过程，比我自己去翻阅标准文档要直观得多。这本书的价值在于它提供了一个“自洽”的知识体系，从晶体振荡器的选型，到系统时钟树的配置，再到外设驱动的编写，每一步都保持了高度的一致性。不过，对于习惯于完全图形化IDE开发的读者来说，这本书对命令行编译和Make文件编写的依赖性可能稍微高了一些，初次接触交叉编译环境的读者可能需要花费额外的精力来配置工具链。

这本《嵌入式系统设计原理及应用》的书籍，我最近读了差不多一半，感觉它在入门引导方面做得相当扎实。作者似乎非常了解初学者的困境，从最基础的微控制器架构讲起，逐步过渡到中断处理和定时器管理这些核心概念。我特别欣赏其中对寄存器操作的详细解释，不是简单地罗列一堆数据手册上的信息，而是结合实际的例子，讲解了为什么需要这样配置，以及不同配置会产生什么样的效果。比如，在讲解PWM输出时，书中不仅给出了代码示例，还配有波形图示，让我这个初次接触底层硬件驱动的人，能非常直观地理解脉冲宽度是如何控制电机速度的。书中的章节安排也很有逻辑性，前面对硬件平台的抽象描述，为后续的软件实现打下了坚实的基础。不过，如果能再多加入一些不同类型MCU的对比分析，可能会让知识体系更加全面一些。总体来说，对于希望系统学习嵌入式基础的读者，这本书的铺垫工作做得非常到位，让人感觉每一步学习都是有迹可循的。

说实话，我被这本书的“应用”部分深深吸引住了。很多技术书籍在讲完原理后，就戛然而止，留给读者的往往是“知道了怎么做，但不知道如何做得好”的困惑。这本书不同，它在讲解完基础的I/O和通信协议后，立即进入了实际的工程案例。我尤其对其中关于低功耗设计策略的章节印象深刻。它详细分析了MCU在不同工作模式下的功耗模型，并给出了基于场景的唤醒源优化方案，这对于开发电池供电的物联网设备至关重要。书中提供的那些代码片段，看起来就像是直接从成熟的量产项目里提取出来的，注释清晰，并且充分考虑了代码的可移植性和健壮性。唯一让我略感挫败的是，书中的调试技巧部分，更多地集中于JTAG/SWD调试器的基础操作，对于更高级的逻辑分析仪联动调试、复杂时序问题的排查，没有提供足够深入的指导。

我是一个在校研究生，目前正在进行一个基于特定微处理器系列的毕业设计。我选择这本书，主要是看中了它对特定硬件平台和标准接口的深度覆盖。它对SPI、I2C、UART这些常用接口的底层协议栈实现进行了细致的剖析，并提供了基于不同中断模型（查询、中断、DMA）的驱动编写范例，这对我设计高速数据采集模块帮助极大。特别是DMA部分的讲解，它不仅仅是介绍了DMA的工作流程，还深入分析了内存对齐和缓存一致性对DMA传输效率的影响，这在学术研究中是非常宝贵的细节。然而，如果能增加一个章节，专门讨论在资源极其受限（比如只有几KB SRAM）的环境下，如何进行代码优化和内存布局的策略，那这本书的实用性会更上一层楼。目前的优化侧重于时间性能，对空间限制的讨论相对较少。