第1章 嵌入式系統(tǒng)概論 1
1.1 嵌入式系統(tǒng)概念 1
1.2 嵌入式系統(tǒng)組成 4
1.2.1 嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4
1.2.2 嵌入式微處理器 5
1.2.3 嵌入式操作系統(tǒng) 6
1.3 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程 7
1.4 嵌入式系統(tǒng)發(fā)展 9
1.5 本書的內(nèi)容安排 11
1.6 習(xí)題 11
第2章 微處理器體系架構(gòu) 12
2.1 嵌入式微處理器體系結(jié)構(gòu) 12
2.1.1 馮·諾依曼結(jié)構(gòu)與哈佛結(jié)構(gòu) 12
2.1.2 復(fù)雜指令集和精簡指令集計(jì)算機(jī) 14
2.1.3 嵌入式微處理器類型 15
2.2 ARM微處理器體系架構(gòu) 20
2.2.1 可編程模式 22
2.2.2 特殊寄存器 24
2.3 中斷機(jī)制 26
2.4 嵌入式匯編語言 31
2.4.1 匯編程序的結(jié)構(gòu) 31
2.4.2 指令格式與尋址方式 32
2.4.3 常見指令 34
2.4.4 匯編程序的設(shè)計(jì) 37
2.5 流水線技術(shù) 41
2.5.1 流水線分類 41
2.5.2 Cortex-M4 的三級(jí)流水線 42
2.5.3 影響流水線性能的因素 43
2.6 本章小結(jié) 44
2.7 習(xí)題 44
第3章 嵌入式總線技術(shù) 46
3.1 系統(tǒng)總線概述 46
3.2 總線結(jié)構(gòu)與協(xié)議 48
3.2.1 CPU總線的結(jié)構(gòu) 48
3.2.2 總線組織及演進(jìn) 50
3.2.3 典型總線及協(xié)議 51
3.2.4 STM32F4系列芯片對總線的支持 65
3.3 DMA 65
3.3.1 定義和作用 66
3.3.2 STM32F4系列芯片DMA控制器結(jié)構(gòu)和DMA特點(diǎn) 66
3.3.3 DMA的設(shè)置 69
3.3.4 DMA傳輸?shù)臓顟B(tài) 69
3.3.5 DMA請求的仲裁 71
3.3.6 DMA延遲性能 71
3.4 ARM CPU的總線結(jié)構(gòu) 72
3.4.1 ARM CPU的總線發(fā)展 72
3.4.2 ARM總線結(jié)構(gòu) 73
3.4.3 多層總線矩陣結(jié)構(gòu) 80
3.4.4 矩陣總線訪問優(yōu)先權(quán) 80
3.5 總線的性能分析 81
3.6 本章小結(jié) 81
3.7 習(xí)題 81
第4章 存儲(chǔ)器系統(tǒng) 83
4.1 存儲(chǔ)器系統(tǒng)概述 83
4.2 嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)器的分類和存儲(chǔ)器性能分析 83
4.2.1 以存儲(chǔ)器的用途分類 83
4.2.2 以信息存取方式分類 85
4.2.3 存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo) 90
4.3 ARM存儲(chǔ)器管理 90
4.3.1 存儲(chǔ)映射 91
4.3.2 存儲(chǔ)格式 93
4.3.3 工作原理 94
4.3.4 啟動(dòng)配置 95
4.3.5 嵌入式閃存支持 95
4.3.6 彈性靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器 97
4.3.7 彈性存儲(chǔ)器控制器 99
4.4 新型存儲(chǔ)器 100
4.4.1 MRAM 101
4.4.2 PRAM 101
4.4.3 RRAM 101
4.5 存儲(chǔ)保護(hù)和校驗(yàn)技術(shù) 102
4.5.1 存儲(chǔ)保護(hù) 102
4.5.2 校驗(yàn)技術(shù) 104
4.6 本章小結(jié) 105
4.7 習(xí)題 105
第5章 嵌入式輸入/輸出設(shè)備的接口 107
5.1 I/O接口 107
5.1.1 接口結(jié)構(gòu) 107
5.1.2 I/O接口組成 107
5.1.3 I/O接口的數(shù)據(jù)傳輸 108
5.2 GPIO 109
5.2.1 GPIO概述 109
5.2.2 GPIO功能特點(diǎn) 110
5.2.3 GPIO輸入/輸出模式 110
5.2.4 GPIO引腳復(fù)用 111
5.2.5 GPIO配置 111
5.3 外部中斷/事件 114
5.3.1 外部中斷/事件概述 114
5.3.2 EXTI結(jié)構(gòu)和外部中斷/事件響應(yīng)過程 115
5.3.3 外部中斷/事件的配置 116
5.4 通信接口 117
5.4.1 通信接口概述 117
5.4.2 串行通信 119
5.4.3 SPI 123
5.4.4 I2C 127
5.5 人機(jī)交互 131
5.5.1 LCD概述 131
5.5.2 LCD顯示的控制方法 131
5.5.3 指令介紹 134
5.6 ADC/DAC 137
5.6.1 ADC/DAC概述 137
5.6.2 ADC接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 137
5.6.3 ADC功能 139
5.6.4 DAC接口的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 144
5.6.5 DAC的功能 145
5.7 本章小結(jié) 147
5.8 習(xí)題 147
第6章 程序設(shè)計(jì)與分析 149
6.1 嵌入式程序設(shè)計(jì) 149
6.1.1 嵌入式程序設(shè)計(jì)方法 150
6.1.2 嵌入式程序模型 155
6.2 嵌入式C語言編程 161
6.2.1 嵌入式C語言編程方法 161
6.2.2 嵌入式C語言中的元素 162
6.3 編譯及優(yōu)化技術(shù) 167
6.3.1 編譯的翻譯過程 169
6.3.2 編譯過程中的代碼優(yōu)化 174
6.4 程序性能分析與優(yōu)化 177
6.4.1 程序執(zhí)行時(shí)間性能分析方法 177
6.4.2 與機(jī)器無關(guān)的性能優(yōu)化 180
6.4.3 與機(jī)器相關(guān)的性能優(yōu)化 185
6.4.4 程序功耗分析與優(yōu)化 188
6.4.5 程序尺寸分析與優(yōu)化 190
6.5 本章小結(jié) 192
6.6 習(xí)題 192
第7章 嵌入式小系統(tǒng)構(gòu)建 195
7.1 嵌入式小系統(tǒng) 195
7.2 STM32嵌入式微控制器 195
7.2.1 電源系統(tǒng) 197
7.2.2 時(shí)鐘系統(tǒng) 199
7.2.3 復(fù)位系統(tǒng) 199
7.2.4 外部接口 201
7.3 基于 STM32 微控制器的小系統(tǒng)構(gòu)建 204
7.3.1 小系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 204
7.3.2 小系統(tǒng)的編程環(huán)境搭建 210
7.3.3 小系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 214
7.4 本章小結(jié) 219
7.5 習(xí)題 220
第8章 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 221
8.1 概述 221
8.1.1 實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念 221
8.1.2 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的基本特征 222
8.1.3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)性能的衡量指標(biāo) 223
8.1.4 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分類 224
8.1.5 POSIX標(biāo)準(zhǔn) 224
8.1.6 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的典型應(yīng)用 225
8.1.7 幾種經(jīng)典的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 225
8.2 進(jìn)程與任務(wù) 226
8.2.1 實(shí)時(shí)任務(wù)模型 226
8.2.2 實(shí)時(shí)任務(wù)分類 228
8.2.3 任務(wù)模型 228
8.2.4 實(shí)時(shí)任務(wù)管理 230
8.3 實(shí)時(shí)調(diào)度 231
8.3.1 內(nèi)核與調(diào)度 231
8.3.2 實(shí)時(shí)調(diào)度策略 232
8.3.3 可調(diào)度性判定 232
8.4 常用的調(diào)度算法 234
8.4.1 單調(diào)速率調(diào)度算法 235
8.4.2 早截止時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法 236
8.4.3 松弛度優(yōu)先調(diào)度算法 237
8.4.4 響應(yīng)時(shí)間分析方法 239
8.5 進(jìn)程間通信機(jī)制 240
8.5.1 進(jìn)程的通信方式 240
8.5.2 進(jìn)程同步與互斥 242
8.6 本章小結(jié) 243
8.7 習(xí)題 243
第9章 ?C/OS 操作系統(tǒng) 245
9.1 ?C/OS III 概述 245
9.2 任務(wù)管理 247
9.2.1 實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行 247
9.2.2 任務(wù)的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換 248
9.2.3 任務(wù)管理的系統(tǒng)服務(wù) 250
9.2.4 任務(wù)的調(diào)度 256
9.3 中斷管理 259
9.4 時(shí)間管理 262
9.5 內(nèi)存管理 267
9.6 同步與消息傳遞 271
9.6.1 信號(hào)量 271
9.6.2 事件標(biāo)志組 271
9.6.3 消息隊(duì)列 272
9.7 ?C/OS的移植 273
9.8 本章小結(jié) 275
9.9 習(xí)題 275
第10章 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試、測試與驗(yàn)證方法 276
10.1 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試 276
10.1.1 嵌入式系統(tǒng)調(diào)試技術(shù) 277
10.1.2 調(diào)試手段 279
10.2 嵌入式軟件測試 282
10.2.1 嵌入式系統(tǒng)測試過程 284
10.2.2 嵌入式軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)及測試指標(biāo) 284
10.2.3 測試方法 288
10.3 嵌入式軟件自動(dòng)驗(yàn)證技術(shù)模型檢測 291
10.3.1 模型檢驗(yàn)過程 292
10.3.2 狀態(tài)爆炸問題 293
10.3.3 模型檢測工具 293
10.4 本章小結(jié) 294
10.5 習(xí)題 294
第11章 多核嵌入式微處理器 297
11.1 多核嵌入式系統(tǒng) 297
11.1.1 多核處理器 297
11.1.2 多核軟件環(huán)境 298
11.2 ARM多核處理器 299
11.2.1 ARM MPcore多處理器結(jié)構(gòu) 299
11.2.2 ARM 多核處理器中斷管理 300
11.2.3 big.LITTLE 技術(shù) 301
11.2.4 多核處理器啟動(dòng)過程 302
11.3 多核處理器實(shí)時(shí)調(diào)度算法 304
11.4 多核處理器應(yīng)用程序開發(fā) 306
11.4.1 同構(gòu)多核處理器程序開發(fā) 307
11.4.2 異構(gòu)多核處理器程序開發(fā) 309
11.5 本章小結(jié) 310
11.6 習(xí)題 310
附錄A 部分代碼 311
A.1 stm32fxx.h文件 311
A.2 引腳為輸出的main.c文件 311
A.3 usart.h文件 312
A.4 usart.c文件 313
A.5 stm32f4xx_it.c文件 315
A.6 USART工程的main.c文件 315
A.7 循環(huán)緩沖區(qū)的main.c文件 316
參考文獻(xiàn) 319