机工 嵌入式系统 张军朝

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本书介绍了嵌入式系统的基础知识、嵌入式语言基础、嵌入式系统应用设备、嵌入式硬件与固件的设计、开发步骤和案例，以及嵌入式系统的应用等。第1章和第2章介绍了嵌入式系统的基本知识。第3章介绍了嵌人式的语言基础。第4-8章介绍了有关嵌入式硬件与固件设计的进阶知识，对于嵌入式系统的实践工程师来说，这些知识是非常有帮助的。第9 -12章说明了嵌入式系统设计的应用环境及案例，该章的内容对实践工程师和项目经理都是有益的。每章内容讲述得比较详细，并使用简明的文字说明以及表格、图例来阐明相应概念。每章的末尾均有总结，概括了该章的知识。为了方便学生在实验室也能进行相关的实验，本书还在第13章提供了实验指导。本书还介绍了微控制器与ARM处理器，列举了贴近实际的最新嵌入式设计案例。 本书从组件技术的视角出发，讲述了嵌入式系统的基本原理和技术。全书每一章涵盖一个专题，包括与嵌入式系统设计相关的若干主要内容，如指令系统、CPU、开发平台、程序设计与分析、进程和操作系统等。 本书特别适合作为计算机、软件工程、电子信息、通信工程、物联网工程、自动化、电气工程及其自动化、机电一体化、仪器仪表及相关专业高年级本科生和研究生的教材，也适合相关的工程技术人员参考。
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前言 第1章概述 1 1.1嵌入式系统简介 1 1.1.1嵌入式系统的历史发展 1 1.1.2嵌入式系统的定义 2 1.1.3嵌入式系统的分类 3 1.1.4嵌入式系统的特点 3 1.1.5嵌入式系统的组成 4 1.1.6嵌入式系统的应用 6 1.1.7嵌入式系统的发展趋势 7 1.1.8嵌入式系统的学习 7 1.2嵌入式微处理器 一8 1.2.1处理器的基本组成 8 1.2.2嵌入式微处理器的特点 9 1.2.3两种处理器架构 9 1.2.4嵌入式微处理器的分类 10 1.2.5嵌入式微处理器的技术指标 12 1.2.6嵌入式微处理器的选型 13 1.2.7嵌入式微处理器的发展方向 13 1.3嵌入式操作系统 14 1.3.1嵌入式操作系统的概念 14 1.3.2嵌入式操作系统的分类 14 1.3.3嵌入式操作系统的特性 15 1.3.4经典的嵌入式操作系统 l6 1.4本书结构 18 1_5小结 19 1.6复习思考题 19 第2章处理器和架构 20 2.1 ARM处理器概述 20 2.2 ARM9处理器架构 21 2.2.1 ARM9处理器简介 21 2.2.2 ARM9系列技术特点 21 2.2.3 ARM9结构及特点 22 2.2.4 ARM9与ARM7的比较 23 2.3 ARM9处理器的内存管理 24 2.3.1内存管理单元(MMU)概述 24 2.3.2 MMU地址映射的实现 24 2.3.3协处理器CP15 28 2.3.4设置MMU 30 2.4 ARM9异常处理31 2.5 Cortex-A15介绍32 2.6小结 33 2.7复习思考题 33 第3章嵌入式语言基础 34 3.1伪指令 34 3.1.1符号定义伪指令35 3.1.2数据定义伪指令 37 3.1.3汇编控制伪指令 38 3.1.4宏指令 38 3.1.5其他常用的伪指令 39 3.2 ARM汇编语言 43 3.2.1 ARM汇编语言常用符号43 3.2.2 ARM汇编语言表达式和运算符 44 3.2.3 ARM汇编语言程序结构45 3.2.4 ARM汇编语言的子程序调用 46 3.2.5 ARM指令的寻址方式 46 3.2.6 ARM指令简介48 3.2.7 Thumb指令简介 54 3.3嵌入式C语言 57 3.3.1 C语言简介 57 3.3.2简单C语言程序的构成 58 3.4 ARM汇编语言与c/c++ 的混合编程 59 3.4.1 C程序调用汇编程序 60 3.4.2汇编程序调用C程序 60 3.4.3实例分析 61 3.5小结 63 3.6复习思考题 63 第4章嵌入式Linux操作系统基础 65 4.1嵌入式Linux概述 65 4.1.1常见的嵌入式Lmux系统 65 4.1.2嵌入式Linux的版本控制 65 4.1.3嵌入式Linux的优势 66 4.2嵌入式Linux操作系统启动 67 4.2.1 使用bootloader将内核映像载入 68 4.2.2内核数据结构初始化 68 4.2.3外设初始化 69 4.2.4内核执行init进程 69 4.2.5 Shell的启动 70 4.3 ARM-Linux内存管理 70 4.3.1 内存管理单元(MMU) 70 4.3.2 ARM-Linux的存储管理机制 71 4.3.3 ARM-Linux对进程虚拟 空间的管理 74 4.4 ARM-Linux进程管理和调度 77 4.4.1 Linux下进程的结构 77 4.4.2Linux的进程调度 82 4.5 ARM-Linux的模块机制 83 4.5.1 Linux模块概述 83 4.5.2模块的加载 -83 4.5.3模块的卸载 84 4.6 ARM-Linux的中断管理 84 4.7嵌入式Unux文件系统 88 4.7.1 Linux文件系统简介 88 4.7.2虚拟文件系统 89 4.7.3常见的嵌入式文件系统 89 4.8小结 94 4.9复习思考题 94 第5章嵌入式设备 95 5.1嵌入式设备概述 95 5.2 LED 95 5. 3键盘 96 5.3.1传统键盘的介绍 96 5.3.2新型键盘的硬件和软件 实现原理 96 5.4 ADC/DAC 98 5.4.1 ADC 98 5.4.2 DAC 101 5.5 RS．232 103 5.6 RS485 104 5.7触摸屏 105 5.8 LCD 一106 5. 8. 1 LCD原理综述 106 5. 8.2 LCD的驱动方式 107 5.9 SD卡 110 5.9.1 SD模式 111 5.9.2 SPI模式 111 5. 10 IC卡 112 5. 10.1 IC卡的定义 112 5. 10.2 IC卡的分类 112 5. 10.3接触式IC卡 113 5. 10.4 IC卡的优点 114 5.11 RFID 114 5. 11.1 RFID的基本组成 114 5. 11.2分类 l15 5. 11.3 RFID基本原理 115 5. 11.4 RFID的特性 l16 5. 12 Zigbee 117 5. 12.1 Zigbee技术基础 118 5. 12.2 Zigbee的节点 118 5. 12.3 Zigbee技术的特点 118 5. 13 WiFi 119 5. 14蓝牙 120 5. 14.1射频特性 120 5. 14.2 TDMA结构 120 5. 14.3使用跳频技术 120 5. 14.4蓝牙设备的组网 121 5. 14.5软件的层次结构 121 5.15 GPRS 122 5. 16小结 124 5. 17复习思考题 125 第6章传感器 126 6.1传感器概述 l26 6.1.1传感器的定义 126 6.1.2传感器的分类 126 6.1.3传感器的特性 127 6.2传感器原理及应用 129 6.2.1传感器的组成 129 6.2.2传感器的应用 129 6.3验证语音、笔迹和指纹等 特征的传感技术 132 6.3.1 AVVS型验证语音和 笔迹的装置 132 6.3.2语音验证系统 133 6.3.3用于身份验证的压电笔 133 6.3.4签字验证书写台 l34 6.3.5指纹自动识别仪 134 6.4小结 134 6.5复习思考题 134 第7章嵌入式接口 135 7.1嵌入式接口概述 135 7.1.1接口功能 135 7.1.2接口结构 135 7.1.3接口数据传输方式 136 7.1.4接口设计的一般方法 l36 7.2嵌入式总线 一137 7.2.1总线及总线分类 137 7.2.2嵌入式系统总线的层次结构 137 7.2.3衡量总线的参数 138 7.3 GPIO接口 138 7.3.1 GPIO概述 一l39 7.3.2 CPIO的引脚描述 139 7.3.3 GPIO的寄存器描述 139 7.3.4 GPIO的构成 一140 7.3.5 GPIO的工作模式 141 7.3.6 CPIO的优点 一141 7.4 SPI总线 一142 7.4.1 SPI总线概述 一142 7.4.2 SPI总线的工作原理 142 7.4.3 SPI总线的内部结构 143 7.4.4 SPI总线的特点 一l44 7.4.5 SPI总线的应用 一144 7.5 12C总线 一145 7.5.1 12C总线概述 一146 7.5.2 12C总线的工作过程 146 7.5.3 12C总线的内部结构 147 7.6 12S总线 148 7.6.1 12S总线概述 149 7.6.2 12S总线的工作过程 149 7.6.3 12S总线的内部结构 150 7.7小结 一l51 7.8复习思考题 一151 第8章嵌入式设备驱动设计 152 8.1嵌入式设备驱动设计概述 152 8.1.1设备的分类及特点 153 8.1.2设备文件及设备号 l53 8.1.3与其他模块的关系 154 8.1.4如何使用模块机制 154 8.1.5 sysfs虚拟文件系统 156 8.1.6Linux内核设备模型 l58 8.1.7Linux内核驱动模型 160 8.2字符设备驱动设计 一164 8.2.1设备驱动举例 164 8.2.2相关的数据结构以及操作介绍 167 8.2.3增加字符设备驱动的功能 171 8.3块设备驱动设计 一173 8.3.1块设备的I/O特点 173 8.3.2块设备的相关概念 174 8.3.3块设备驱动举例 174 8.3.4与块设备相关的数据结构 178 8.3.5改变块驱动程序设计184 8.4其他设备驱动 185 8.4.1网络设备驱动185 8.4.2 Flash设备驱动 186 8.4.3 Android系统驱动 187 8.5小结 187 8.6复习思考题 188 第9章嵌入式开发环境 189 9.1交叉开发环境概述 189 9.1.1宿主机与目标板的连接方式 189 9.1.2文件传输 190 9.1.3宿主机环境191 9.1.4交叉编译工具链191 9.1.5嵌入式软件开发流程 192 9.2 IAR EWARM集成开发环境 193 9.2.1 IAR EWARM创建应用程序 194 9.2.2测试应用程序 201 9.3 Keil集成开发环境202 9.3.1创建应用程序 202 9.3.2测试应用程序 209 9.4嵌入式系统开发流程212 9.5小结214 9.6复习思考题214 第10章图形界面编程 215 10.1嵌入式图形编程概述 215 10.1.1Linux图形开发基础 215 10.1.2嵌入式Linux图形用户 界面简介220 10.2 Qt编程基础 221 10.2.1 Qt/Embedded概述222 10.2.2创建Qt/Embedded编程环境224 10.2.3 Qt Creator介绍232 10.3 Qt编程实例 234 10.3.1实现功能 234 10.3.2实现原理 234 10.3.3实现过程 234 10.4 MiniGUI编程基础 243 10.4.1事件驱动编程 243 10.4.2 MiniGUI的三种运行模式 243 10.4.3运行模式适用范围 244 10.4.4 MiniGUI进程 244 10.5 MiniGUI编程实例 245 10.5.1头文件 246 10.5.2程序入口点 247 10.5.3加入层 247 10.5.4创建和显示主窗口 247 10.5.5进入消息循环 248 10.5.6窗口过程函数 250 10.5.7屏幕输出 250 10.5.8程序的退出 250 10.6小结 250 10.7复习思考题 251 第11章Android应用 252 11.1 Android概述 252 11.1.1 Android背景介绍 252 11.1.2 Android的系统构架 253 11.1.3 Android应用程序框架 255 11.1.4 0MS介绍 256 11.2 Android开发环境搭建 257 11.2.1相关软件的下载与安装 257 11.2.2虚拟设备的创建和使用 264 11.3 Android应用开发 一267 11.4 Android应用开发扩展 272 11.5小结 277 11.6复习思考题 277 第12章楼宇供能智能控制系统 应用案例 278 12.1 中央空调监测控制子系统 278 12.1.1现场考察及用户意见总结 278 12.1.2技术方案 279 12.1.3设备选型 280 12.1.4 中央空调监测控制子系统 结构图 282 12.2给排水监测控制子系统 282 12.2.1给排水系统主要架构 282 12.2.2给排水系统实现功能283 12.2.3给排水系统改造方案 284 12.2.4传感器选型 286 12.3供配电监测控制子系统 289 12.3.1供配电系统改造整体方案 289 12.3.2改造后供配电系统289 的主要功能 289 12.3.3供配电系统具体改造方案 290 12.4系统整体架构294 12.5软件应用系统 295 12.5.1 能耗监测数据采集功能模块295 12.5.2能耗监测数据分析功能模块 295 12.5.3能耗监测智能决策功能模块 295 12.5.4能耗监测远程控制功能模块 295 12.5.5系统扩展功能 295 12.6工程施工内容 295 12.6.1通信网络构建及设备安装 295 12.6.2系统供电 296 12.6.3接地 296 12.7系统特点296 12.8效益分析 296 第13章嵌入式系统实验指导 297 13.1实验大纲297 13.2物联网嵌入式网关平台搭建 299 13.3 CC2530基础实验-LED闪烁 303 13.4 CC2530基础实验——按键轮询 308 13.5 CC2530基础实验-LED、电机 控制实验 312 参考文献 321

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