嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用開發(fā)

第1章 緒論1
1.1 嵌入式系統(tǒng)的概念1
1.2 嵌入式系統(tǒng)的分類1
1.3 嵌入式系統(tǒng)的組成2
1.4 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程3
1.5 嵌入式技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)5
習(xí)題與思考題7
第2章 ARM與XScale體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介8
2.1 ARM處理器介紹8
2.1.1 RISC體系結(jié)構(gòu)8
2.1.2 ARM系列處理器9
2.2 ARM體系結(jié)構(gòu)的一些重要概念11
2.2.1 處理器工作狀態(tài)11
2.2.2 處理器模式11
2.2.3 ARM寄存器12
2.2.4 異常15
2.3 XScale體系結(jié)構(gòu)16
2.3.1 XScale超級(jí)流水線17
2.3.2 協(xié)處理器18
2.3.3 無(wú)線MMX指令單元19
2.3.4 內(nèi)存管理19
2.3.5 指令快存20
2.3.6 數(shù)據(jù)快存20
2.3.7 轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器BTB21
2.3.8 寫緩沖器21
2.3.9 性能監(jiān)視21
2.3.10 電源管理21
2.3.11 調(diào)試21
2.4 PXA系列處理器22
2.4.1 PXA255處理器22
2.4.2 PXA27x處理器24
2.5 XScale開發(fā)平臺(tái)26
2.5.1 XSBase255開發(fā)平臺(tái)26
2.5.2 XSBase270開發(fā)平臺(tái)29
本章小結(jié)31
習(xí)題與思考題31
第3章 操作系統(tǒng)基礎(chǔ)32
3.1 操作系統(tǒng)的概念32
3.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程32
3.3 嵌入式操作系統(tǒng)34
3.3.1 嵌入式操作系統(tǒng)的演化及其發(fā)展趨勢(shì)35
3.3.2 常見的嵌入式操作系統(tǒng)36
3.3.3 嵌入式操作系統(tǒng)的選擇39
3.4 操作系統(tǒng)的功能41
3.4.1 進(jìn)程管理41
3.4.2 存儲(chǔ)器管理44
3.4.3 設(shè)備管理48
3.4.4 文件管理48
本章小結(jié)49
習(xí)題與思考題49
第4章 Linux概述50
4.1 Linux的歷史50
4.2 Linux常見發(fā)行版簡(jiǎn)介51
4.3 Linux操作系統(tǒng)的構(gòu)成51
4.3.1 總體結(jié)構(gòu)51
4.3.2 Linux內(nèi)核52
4.3.3 根文件系統(tǒng)目錄樹結(jié)構(gòu)53
4.3.4 Shell簡(jiǎn)介55
4.3.5 Linux文件55
4.4 Linux的基本操作56
4.4.1 Linux命令的使用56
4.4.2 vi編輯器的使用74
4.4.3 Linux配置與管理的相關(guān)命令75
4.5 嵌入式Linux簡(jiǎn)介78
4.5.1 自制嵌入式Linux78
4.5.2 商業(yè)版嵌入式Linux79
4.5.3 NMT RTLinux79
4.5.4 RTAI80
4.5.5 μClinux81
本章小結(jié)82
習(xí)題與思考題82
第5章 Linux程序開發(fā)簡(jiǎn)介83
5.1 GNU Compiler Collection簡(jiǎn)介83
5.1.1 用GCC編譯簡(jiǎn)單程序84
5.1.2 GCC使用簡(jiǎn)介84
5.2 GNU make與Makefile編寫87
5.2.1 Makefile的編寫88
5.2.2 Makefile的處理過程89
5.2.3 Makefile的變量89
5.2.4 Phony目標(biāo)91
5.2.5 利用隱含規(guī)則簡(jiǎn)化Makefile92
5.2.6 make的命令行參數(shù)93
5.2.7 Makefile示例93
5.3 Autoconf和Automake簡(jiǎn)介94
5.3.1 使用前的準(zhǔn)備95
5.3.2 自動(dòng)生成Makefile的方法95
5.3.3 Makefile.am的編寫97
5.3.4 自動(dòng)處理復(fù)雜軟件包98
5.4 GDB/Insight調(diào)試器的使用100
5.4.1 GDB調(diào)試工具簡(jiǎn)介100
5.4.2 GDB圖形前端Insight簡(jiǎn)介111
5.5 Linux下集成開發(fā)工具的使用118
本章小結(jié)122
習(xí)題與思考題122
第6章 嵌入式Linux開發(fā)入門123
6.1 嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)模式123
6.2 嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)流程124
6.3 嵌入式Linux的構(gòu)造 125
6.3.1 開發(fā)環(huán)境的安裝125
6.3.2 內(nèi)核裁剪與編譯126
6.3.3 Busybox與根文件系統(tǒng)的構(gòu)造131
6.4 在開發(fā)板上運(yùn)行嵌入式Linux 137
6.4.1 Bootloader簡(jiǎn)介137
6.4.2 U-boot燒寫與使用138
6.4.3 用U-boot啟動(dòng)嵌入式Linux 143
6.5 嵌入式硬件仿真環(huán)境SkyEye150
6.5.1 SkyEye安裝151
6.5.2 在SkyEye中運(yùn)行嵌入式Linux152
6.5.3 在圖形化的SkyEye-Insight下調(diào)試Linux內(nèi)核156
6.6 嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)調(diào)試158
6.6.1 將應(yīng)用程序加入嵌入式Linux系統(tǒng)158
6.6.2 應(yīng)用程序的移植159
6.6.3 通過NFS調(diào)試嵌入式應(yīng)用程序161
6.6.4 通過Cross-gdb調(diào)試應(yīng)用程序163
本章小結(jié)166
習(xí)題與思考題166
第7章 Linux 2.6內(nèi)核驅(qū)動(dòng)原理168
7.1 基本原理168
7.1.1 設(shè)備分類168
7.1.2 設(shè)備號(hào)169
7.2 內(nèi)核模塊169
7.2.1 內(nèi)核模塊的概念169
7.2.2內(nèi)核模塊的框架170
7.2.3 2.6系列內(nèi)核模塊的編譯和加載170
7.3 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)174
7.3.1 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口174
7.3.2簡(jiǎn)單字符設(shè)備的驅(qū)動(dòng)176
7.4 Linux2.6內(nèi)核設(shè)備模型178
7.4.1 Linux2.6設(shè)備模型概述178
7.4.2 移植到新的驅(qū)動(dòng)模式180
7.5 Linux 2.6內(nèi)核的中斷處理182
7.5.1中斷處理程序的注冊(cè)與釋放183
7.5.2中斷處理程序的編寫184
7.6Linux 2.6內(nèi)核的工作推后執(zhí)行的機(jī)制184
7.6.1 軟中斷185
7.6.2 Tasklet185
7.6.3 工作隊(duì)列187
本章小結(jié)190
習(xí)題與思考題190
第8章 處理器核心電路設(shè)計(jì)和底層軟件移植191
8.1 最小硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)191
8.1.1 系統(tǒng)存儲(chǔ)器接口191
8.1.2 串口電路原理194
8.2 最小硬件系統(tǒng)的配置195
8.2.1 處理器的配置195
8.2.2 Flash & SDRAM的配置196
8.2.3 GPIO和串口的配置199
8.3 最小硬件系統(tǒng)與Bootloader201
8.3.1 Uboot啟動(dòng)階段1的處理過程202
8.3.2 Uboot啟動(dòng)階段2的處理過程207
8.3.3 Uboot移植原理208
8.3.4 基于Uboot的硬件調(diào)試214
8.4 最小硬件系統(tǒng)與Linux 2.6內(nèi)核移植216
8.4.1 建立開發(fā)板平臺(tái)描述文件217
8.4.2 編寫硬件include文件219
8.4.3 修改內(nèi)核配置文件219
本章小結(jié)219
習(xí)題與思考題220
第9章 Keypad接口設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)開發(fā)221
9.1 Keypad硬件原理221
9.1.1 Keypad接口設(shè)計(jì)221
9.1.2 Keypad電路原理222
9.2 Keypad軟件驅(qū)動(dòng)原理224
9.2.1 內(nèi)核模塊的注冊(cè)和撤銷224
9.2.2 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口225
9.2.3 設(shè)備打開操作接口函數(shù)225
9.2.4 設(shè)備讀取操作接口函數(shù)226
9.2.5 設(shè)備關(guān)閉操作接口函數(shù)227
9.2.6 獲取鍵值子函數(shù)227
9.2.7 讀緩沖區(qū)子函數(shù)229
9.2.8 內(nèi)核定時(shí)器的使用229
9.2.9 利用等待隊(duì)列實(shí)現(xiàn)阻塞型I/O230
9.2.10 poll系統(tǒng)調(diào)用操作接口函數(shù)231
9.2.11 在設(shè)備驅(qū)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)異步通知233
9.3 鍵盤信息讀取應(yīng)用實(shí)例234
本章小結(jié)236
習(xí)題與思考題236
第10章 RTC接口電路設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)開發(fā)237
10.1 RTC電路設(shè)計(jì)237
10.1.1 處理器與RTC4513接口設(shè)計(jì)237
10.1.2 RTC4513電路原理238
10.1.3 RTC4513操作參數(shù)240
10.1.4 RTC4513的串行操作流程243
10.2 RTC軟件驅(qū)動(dòng)原理246
10.2.1 內(nèi)核模塊的注冊(cè)和撤銷247
10.2.2 虛擬文件系統(tǒng)與硬件驅(qū)動(dòng)的接口247
10.2.3 設(shè)備打開操作接口函數(shù)248
10.2.4 使用ioctl()方法248
10.2.5 設(shè)備關(guān)閉操作接口函數(shù)252
10.2.6 讀時(shí)鐘寄存器子函數(shù)252
10.2.7 寫時(shí)鐘寄存器子函數(shù)253
10.3 RTC操作應(yīng)用實(shí)例253
本章小結(jié)256
習(xí)題與思考題256
第11章 觸摸屏電路設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)開發(fā)257
11.1 觸摸屏的工作原理257
11.2 ADS7843觸摸屏控制器簡(jiǎn)介258
11.3 處理器與ADS7843的接口設(shè)計(jì)260
11.3.1 電路接口設(shè)計(jì)260
11.3.2 Microwire數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)261
11.4 觸摸屏軟件驅(qū)動(dòng)原理263
11.4.1 Linux內(nèi)核輸入設(shè)備子系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)架構(gòu)263
11.4.2 硬件操控原理263
11.4.3 輸入設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口的使用266
11.4.4 中斷處理268
11.5 基于觸摸屏驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例270
本章小結(jié)272
習(xí)題與思考題272
第12章 以太網(wǎng)電路設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)開發(fā)273
12.1 CS8900A以太網(wǎng)芯片簡(jiǎn)介273
12.1.1 功能介紹273
12.1.2 引腳定義273
12.2 處理器與以太網(wǎng)芯片接口設(shè)計(jì)274
12.3 CS8900A片內(nèi)寄存器介紹275
12.3.1 總線接口寄存器組275
12.3.2 狀態(tài)與控制寄存器組276
12.3.3 發(fā)送初始化寄存器組285
12.3.4 地址過濾寄存器組286
12.4 CS8900A的操作方法286
12.4.1 CS8900A的初始化286
12.4.2 CS8900A的I/O模式寄存器287
12.4.3 CS8900A片內(nèi)寄存器的讀/寫287
12.5 Linux網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件驅(qū)動(dòng)原理288
12.5.1 Linux網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架288
12.5.2 Linux網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口289
12.5.3 網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)294
本章小結(jié)303
習(xí)題與思考題303
第13章 PCMCIA外圍電路設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)開發(fā)304
13.1 PXA2XX處理器的PCMCIA接口304
13.1.1 PCMCIA和CF接口簡(jiǎn)介304
13.1.2 PXA2XX處理器的PCMCIA存儲(chǔ)器映射305
13.1.3 PCMCIA外部接口設(shè)計(jì)305
13.2 外圍電路驅(qū)動(dòng)原理307
13.2.1雙向收發(fā)器74LCX245的使用307
13.2.2 CF卡插入檢測(cè)308
13.2.3 “卡讀（寫）使能”信號(hào)310
13.2.4 PCMCIA接口的Socket Select311
13.2.5 PCMCIA接口的電源管理311
13.3 GPIO連接原理313
13.3.1 存儲(chǔ)控制單元的GPIO連接原理313
13.3.2 與中斷相關(guān)的GPIO連接原理314
13.4 PCMCIA軟件驅(qū)動(dòng)原理315
13.4.1 PCMCIA設(shè)備驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)315
13.4.2 PCMCIA工作流程316
13.4.3 插口驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)316
13.5 PCMCIA Card Services 軟件包319
13.5.1 軟件包的安裝319
13.5.2 Ture IDE模式的CF卡驅(qū)動(dòng)320
13.5.3 CF存儲(chǔ)卡的使用321
本章小結(jié)323
習(xí)題與思考題323
第14章 AC97音頻處理電路設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)開發(fā)324
14.1 PXA255 AC97硬件工作原理324
14.1.1 PXA255 AC97音頻處理電路設(shè)計(jì)324
14.1.2 PXA255 AC97控制單元324
14.1.3 CS4299音頻編解碼器331
14.2 AC97軟件驅(qū)動(dòng)原理335
14.2.1 音頻設(shè)備的注冊(cè)及初始化335
14.2.2 DSP設(shè)備338
14.2.3 混音器設(shè)備340
14.3 音頻應(yīng)用實(shí)例342
本章小結(jié)346
習(xí)題與思考題347
第15章 圖形用戶界面設(shè)計(jì)348
15.1 PXA255顯示驅(qū)動(dòng)348
15.1.1 LCD接口原理348
15.1.2 LCD驅(qū)動(dòng)流程351
15.2 常見的嵌入式圖形用戶界面簡(jiǎn)介358
15.3 QT/E和Qtopia移植360
15.4 免費(fèi)的GUI——TinyX364
本章小結(jié)366
習(xí)題與思考題367
第16章 嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)368
16.1 TCP/IP和Linux網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介368
16.2 Linux套接字編程接口介紹370
16.3 基于IPv4協(xié)議Socket編程371
16.3.1 基于TCP的Socket編程371
16.3.2 基于TCP Socket的應(yīng)用實(shí)例——猜數(shù)字游戲374
16.3.3 基于UDP的Socket編程378
16.3.4 基于UDP Socket的應(yīng)用實(shí)例——服務(wù)查詢379
16.4 IPv6網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序開發(fā)382
16.4.1 IPv6簡(jiǎn)介382
16.4.2 IPv4程序移植到IPv6的方法384
16.5 IPv4到IPv6程序移植實(shí)例390
16.5.1 基于TCP Socket的猜數(shù)字游戲程序移植390
16.5.2 基于UDP Socket的服務(wù)查詢程序移植393
本章小結(jié)399
習(xí)題與思考題399
第17章 嵌入式系統(tǒng)軟件優(yōu)化方法簡(jiǎn)介400
17.1 嵌入式軟件優(yōu)化方法概述400
17.2 基于Intel IPP/GPP庫(kù)的軟件優(yōu)化401
17.2.1 Intel IPP庫(kù)簡(jiǎn)介401
17.2.2 Intel GPP圖形庫(kù)簡(jiǎn)介404
17.3 Intel VTune可視化性能分析工具404
17.3.1 VTune概要404
17.3.2 VTune實(shí)驗(yàn)407
本章小結(jié)413
習(xí)題與思考題413
第18章 PXA處理器應(yīng)用解決方案414
18.1 數(shù)字身份認(rèn)證系統(tǒng)414
18.1.1 系統(tǒng)原理414
18.1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)415
18.1.3 硬件設(shè)計(jì)417
18.1.4 軟件設(shè)計(jì)418
18.2 智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)423
18.2.1 系統(tǒng)原理423
18.2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)424
18.2.3 硬件設(shè)計(jì)425
18.2.4 軟件設(shè)計(jì)428
18.3 支持NGI與自動(dòng)目標(biāo)跟蹤的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)430
18.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)430
18.3.2 硬件設(shè)計(jì)431
18.3.3 軟件設(shè)計(jì)432
18.4 PMP便攜式媒體播放器435
18.4.1 方案選擇435
18.4.2 Intel PXA27x解決方案的優(yōu)勢(shì)436
18.4.3 硬件設(shè)計(jì)437
18.4.4 軟件設(shè)計(jì)439
本章小結(jié)439
附錄基于μClinux的嵌入式開發(fā)440
參考文獻(xiàn)452