嵌入式系统及应用
作 译 者：罗蕾等
出 版 日 期：2016-05-01
书 代 号：G0282200
Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ：9787121282201
图书简介：
本书以嵌入式实时操作系统为重点，以应用为目的，全面介绍包括硬件和软件在内的嵌入式系统，使读者既能对嵌入式系统及开发有一个全景的把握，又能深入理解和使用嵌入式实时操作系统。本书共8章，主要包括：嵌入式系统导论，嵌入式硬件系统，ARM汇编程序设计，嵌入式软件系统，任务管理与调度，同步、互斥与通信，中断、时间、内存与IO管理，虚拟化技术。
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配 套 资 源
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图 书 内 容
内容简介
本书以嵌入式实时操作系统为重点，以应用为目的，全面介绍包括硬件和软件在内的嵌入式系统，使读者既能对嵌入式系统及开发有一个全景的把握，又能深入理解和使用嵌入式实时操作系统。本书共8章，主要包括：嵌入式系统导论，嵌入式硬件系统，ARM汇编程序设计，嵌入式软件系统，任务管理与调度，同步、互斥与通信，中断、时间、内存与IO管理，虚拟化技术。图书详情
ISBN：9787121282201开 本：16开页 数：340字 数：556.0本书目录
目 录 第1章 嵌入式系统导论 1 1.1 嵌入式系统概述 1 1.1.1 嵌入式系统的发展历程 2 1.1.2 嵌入式系统的特点 6 1.1.3 嵌入式系统的分类 7 1.2 嵌入式系统的应用领域 11 1.3 嵌入式系统的发展趋势 12 思考题1 14 第2章 嵌入式硬件系统 15 2.1 嵌入式硬件系统的基本组成 15 2.2 嵌入式微处理器 17 2.2.1 嵌入式微处理器的 特点 18 2.2.2 主流的嵌入式微 处理器 21 2.2.3 ARM指令集体系 架构 29 2.2.4 典型ARM CPU Core 体系结构 32 2.3 ARM编程模型 34 2.3.1 基于ARMv4的编程 模型 34 2.3.2 ARMv7-A＆R的应用级 编程模型 51 2.3.3 ARMv7-A＆R系统级编程 模型 58 2.3.4 处理器存储器子系统 63 2.3.5 存储器数据模式及I/O 编址 72 2.4 嵌入式系统总线 75 2.4.1 AMBA总线 75 2.4.2 PCI/CPCI总线 79 2.4.3 USB总线 81 2.5 嵌入式系统存储器 85 2.5.1 嵌入式系统的存储 结构 85 2.5.2 NandFlash 85 思考题2 88 第3章 ARM汇编程序设计 89 3.1 ARM嵌入式微处理器指 令集 89 3.1.1 ARM指令集 89 3.1.2 ARM v4T架构指令 体系 93 3.1.3 ARM v5TE架构指令 体系 100 3.1.4 ARMv6架构指令 体系 102 3.1.5 ARMv7-A＆R架构指令 体系 107 3.1.6 Thumb与Thumb-2 指令集 115 3.2 ARM汇编 121 3.2.1 汇编、汇编器和汇编语言 程序 121 3.2.2 ARM伪指令 122 3.2.3 ARM宏与宏指令 130 3.2.4 汇编语句格式 132 3.2.5 ARM汇编语言中的 表达式及运算符 132 3.3 ARM程序设计 135 3.3.1 ARM工程 135 3.3.2 ARM汇编语言程序 设计 136 3.3.3 ARM程序的框架 结构 143 3.3.4 C语言程序与汇编程序 之间的函数调用 144 3.3.5 ARM汇编与C语言的 混合程序设计 151 思考题3 156 第4章 嵌入式软件系统 159 4.1 嵌入式软件系统分类和体系 结构 159 4.1.1 嵌入式软件分类 160 4.1.2 嵌入式软件体系 结构 161 4.1.3 嵌入式软件运行 流程 162 4.2 嵌入式操作系统 163 4.2.1 体系结构 164 4.2.2 功能及特点 166 4.2.3 发展趋势 169 4.3 嵌入式软件开发工具 170 4.3.1 嵌入式软件开发工具的 分类 170 4.3.2 嵌入式软件的交叉开发 环境 171 4.3.3 嵌入式软件实现阶段的 开发过程 172 4.3.4 嵌入式软件开发工具的 发展趋势 179 思考题4 180 第5章 任务管理与调度 181 5.1 概述 181 5.2 任务 183 5.2.1 任务的定义及其主要 特性 183 5.2.2 任务的内容 183 5.2.3 任务分类 184 5.2.4 任务参数 185 5.3 任务管理 185 5.3.1 任务状态与变迁 185 5.3.2 任务控制块 186 5.3.3 任务切换 187 5.3.4 任务队列 188 5.3.5 任务管理机制 193 5.4 任务调度 197 5.4.1 概述 197 5.4.2 基于优先级的可抢占 调度 199 5.4.3 时间片轮转调度 199 5.4.4 静态调度 200 5.4.5 动态调度 204 5.4.6 静态调度与动态调度之间 的比较 205 5.5 优先级反转 205 5.5.1 概述 205 5.5.2 优先级继承协议 206 5.5.3 优先级天花板协议 207 5.6 基于多核的任务调度 214 5.6.1 局部调度 214 5.6.2 全局调度 216 5.6.3 混合调度 220 5.7 与任务有关的性能指标 221 5.7.1 任务上下文切换时间 221 5.7.2 任务响应时间 223 思考题5 224 第6章 同步、互斥与通信 226 6.1 概述 226 6.2 信号量 228 6.2.1 信号量的种类及用途 228 6.2.2 互斥信号量 229 6.2.3 二值信号量 231 6.2.4 计数信号量 232 6.2.5 信号量机制的主要数据 结构 234 6.2.6 典型的信号量操作 235 6.2.7 与信号量有关的资源 配置问题 238 6.3 邮箱和消息队列 238 6.3.1 嵌入式系统的通信 238 6.3.2 消息队列机制的主要 数据结构 240 6.3.3 典型的消息队列 操作 243 6.3.4 与消息队列有关的资源 配置问题 246 6.3.5 消息队列的其他典型 使用 246 6.4 事件 247 6.4.1 事件机制 247 6.4.2 事件机制的主要数据 结构 248 6.4.3 典型的事件操作 250 6.4.4 与事件机制有关的资源 配置问题 251 6.4.5 事件机制的典型 应用 252 6.5 异步信号 252 6.5.1 异步信号机制 252 6.5.2 异步信号机制与中断机制 的比较 253 6.5.3 异步信号机制与事件机制 的比较 254 6.5.4 异步信号机制的主要 数据结构 255 6.5.5 典型的异步信号操作 256 6.6 多核系统中的同步、互斥与 通信 257 6.6.1 多核系统的硬件基础 257 6.6.2 多核系统的互斥机制 258 6.6.3 核间通信 264 6.6.4 核间同步 270 思考题6 272 第7章 中断、时间、内存与I/O 管理 274 7.1 中断管理 274 7.1.1 实时内核的中断管理 274 7.1.2 中断的分类 275 7.1.3 中断处理的过程 277 7.1.4 实时内核的中断 管理 279 7.1.5 用户中断服务程序 281 7.1.6 中断相关的性能 指标 282 7.2 时间管理 286 7.2.1 硬件时钟设备 286 7.2.2 实时内核的时间 管理 288 7.3 内存管理 291 7.3.1 内存管理概念 291 7.3.2 内存管理机制 292 7.4 I/O管理 300 7.4.1 I/O管理的功能 300 7.4.2 I/O系统的实现考虑 301 思考题7 304 第8章 虚拟化技术 305 8.1 概述 305 8.2 虚拟化技术分类 306 8.2.1 进程级虚拟机 306 8.2.2 系统级虚拟机 307 8.3 微内核虚拟化技术 313 8.3.1 微内核的系统特征 314 8.3.2 微内核技术的起源和 发展 314 8.3.3 L4微内核技术 316 8.3.4 微内核虚拟化架构 327 8.4 虚拟化产品实例 327 思考题8 329 参考文献 330展开前 言
前 言 从发展趋势来看，计算己经进入“后PC”或是“无处不在的计算”时代，计算将逐渐弥漫在社会生活的方方面面，以实现任何时间、任何地点提供任何服务的理想目标。无处不在的计算将大量使用形式多样的嵌入式系统。实际上，嵌入式系统早已成为学术界和工业界共同关注的热点，信息世界与物理世界、信息化与工业化融合的趋势推动了嵌入式系统的持续发展。 随着信息技术的不断发展，舰船、航空、航天等武器装备，以及通信网络、交通、能源、医疗、金融等关键基础设施的智能化程度越来越高，软件规模越来越大，并逐渐发展成为复杂的网络系统。另外，目前也正处于设备智能化、互联化发展的关键时期，智能家居、可穿戴设备、智能汽车、智能交通、移动医疗、智能电网、智能机器人、工厂自动化、工业控制、智能监控，甚至智慧城市都处于蓬勃发展的局面。据IDC预测，到2020年将有2000亿台智能设备连接至互联网。因此，嵌入式系统相关的应用与研宄正面临着历史性的发展机遇。 嵌入式系统是计算机的应用系统，是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格耍求的专用计算机系统。同时，嵌入式系统也是先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，属于技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统最早应用于国防和工业控制等领域，随后应用领域越来越广泛，包括了消费电子、工业控制、网络设备、航空航天和武器装备等众多领域，是现代社会智能化发展的基础内容。 嵌入式技术的发展以及对未来工业革命将产生的巨大影响已经引起世界各国的高度关注。欧洲目前在航空、汽车电子、工业、通信和消费电子方面的嵌入式技术占有领导位置，为了继续保持对美国和日本的竞争对手的领先优势，欧盟早在2004年就成立了ARTEMIS（Advanced Research and Development on Embedded Intelligent Systems）组织，在欧洲范围内整合资金和技术优势，把嵌入式技术上升到一个重要的战略高度进行发展。欧盟认为，嵌入式技术是IT领域中发展最快的内容，并将保持巨大的技术发展和商业应用机会，掌握嵌入式技术的领导位置，将具有强大的经济和政治利益。 目前，中国正在由世界的制造大国向制造强国转变。业界普遍认为，嵌入式系统就是这样一个符合中国国情的技术突破点。事实上，市场也急需专业化的嵌入式软件人才。为适应这种需求，国内高校大多己开设嵌入式系统相关的各种课程。电子科技大学自1990年以来开始从事嵌入式软件的研究、开发和教学工作，承担并完成了国家863、国防预研、电子发展基金、核高基重大专项等多项嵌入式软件系统方面的课题，开展了汽车电子、航空电子、舰船电子、智能手机等领域的产业化应用，并培养了大量嵌入式系统方面的专业化人才。以此为基础，我们开展了本教材的编写工作。 教材以嵌入式系统的核心—嵌入式实时操作系统为重点，以应用为目的，全面介绍嵌入式系统在硬件和软件方面的相关内容，使读者既能对嵌入式系统及开发方法有一个全景的把握，又能深入理解和使用嵌入式实时操作系统。 教材的内容 教材共分八章，包括嵌入式系统软硬件基础、嵌入式实时操作内核和虚拟化技术等三方面的内容。具体如下： 第1章 嵌入式系统导论。讲述嵌入式系统方面的基本概念，介绍嵌入式系统的发展历程、嵌入式系统的特点、嵌入式系统的分类和应用领域、嵌入式实时系统的实时性和可靠性，以及嵌入式系统的发展趋势等方面的内容。 第2章 嵌入式硬件系统。介绍嵌入式系统的硬件组成情况，包括嵌入式系统的处理器、总线和存储器等方面的内容。在处理器方面，重点围绕ARM体系架构进行了阐述。 第3章 ARM汇编程序设计。介绍ARM处理器的指令集、汇编语言和程序设计。 第4章 嵌入式软件系统。讲述嵌入式软件的特点和分类、嵌入式软件的体系结构、运行流程，嵌入式操作系统结构、组成、功能、特点和发展趋势，嵌入式软件开发工具的分类、交叉开发环境，嵌入式软件实现阶段的开发过程及开发工具的发展趋势。 第5章 任务管理与调度。讲述什么是任务、任务的分类、主要特性及内容，任务管理机制，嵌入式实时系统常见的几种调度算法，优先级反转及解决方法，基于多核的任务调度，以及与任务有关的性能指标。 第6章 同步、互斥与通信。讲述任务间、任务与中断处理程序间常见的同步、互斥与通信机制（信号量、邮箱、消息队列、事件和异步信号），并对多核系统的同步、互斥与通信机制进行了介绍。 第7章 中断、时间、内存与IO管理。讲述中断分类、中断处理过程及中断管理机制等，硬件时钟设备（实吋时钟RTC和定时器/计数器）及与操作系统的关系，时间管理机制，嵌入式实时系统对存储管理的需求，存储管理的具体方法，以及嵌入式系统I/O管理的特点及机制。 第8章 虚拟化技术。讲述虚拟化技术分类和微内核虚拟化技术，并对主要的虚拟化产品进行了介绍。 其中，第1章～第4章由罗蕾编写，第五章、第七章由李允编写，第二章、第三章、第六章由陈丽蓉编写，第八章由桂盛霖编写。全书由罗蕾统稿。 由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免存在不妥与错漏之处，敬请读者批评指正。您可通过以下方式同我们联系：lluo@uestc.edu.cn，lrchen@uestc.edu.cn，liyun@uestc.edu.cn。 本书为任课教师提供了配套的教学资源（包含电子教案），需要者可登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn），注册之后进行下载。 读者反馈可发邮件至unicode@pher.com.cn。 致谢 本书编写过程中得到了电子工业出版社的大力支持，并得到了电子科技大学本科生、研究生课程建设等方面的支持，在此表示感谢。 感谢电子科技大学嵌入式软件工程中心各位老师和研究生的支持。 作 者展开作者简介
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