嵌入式系統開發(fā)原理與實踐

第1章 嵌入式系統概述 1
1.1 引言 1
1.2 什么是嵌入式系統 1
1.2.1 嵌入式系統的歷史與現狀 2
1.2.2 嵌入式系統的體系結構 2
1.2.3 應用領域與發(fā)展方向 3
1.3 嵌入式系統設計 5
1.3.1 嵌入式系統設計的過程 5
1.3.2 硬件平臺的選擇 5
1.3.3 軟件平臺的選擇 6
1.4 嵌入式微處理器ARM 8
1.4.1 ARM微處理器的應用領域及一般特點 9
1.4.2 ARM微處理器系列 9
1.5 嵌入式操作系統 11
1.5.1 嵌入式Linux 11
1.5.2 Windows CE 12
1.5.3 Symbian 13
1.5.4 其他嵌入式操作系統 13
1.6 嵌入式系統開發(fā) 14
1.6.1 開發(fā)流程 14
1.6.2 交叉編譯與鏈接 15
1.6.3 遠程調試 16
1.6.4 測試與優(yōu)化 17
1.7 小結 17
1.8 習題與思考題 18
第2章 PXA255開發(fā)系統 19
2.1 XScale系統結構 19
2.1.1 XScale超級流水線 20
2.1.2 XScale乘/累加MAC 21
2.1.3 協處理器 21
2.1.4 內存管理 22
2.1.5 指令cache 22
2.1.6 數據cache 23
2.1.7 轉移目標緩沖器BTB 23
2.1.8 性能監(jiān)視 23
2.1.9 電源管理 23
2.1.10 調試 23
2.2 PXA255處理器結構與特性 24
2.2.1 時鐘和電源管理模塊 26
2.2.2 系統綜合單元 28
2.2.3 DMA控制器 33
2.3 XSBase255開發(fā)系統 34
2.3.1 硬件資源 35
2.3.2 軟件資源 44
2.4 小結 46
2.5 習題與思考題 47
第3章 開發(fā)環(huán)境的建立 48
3.1 XSBase255目標機環(huán)境 48
3.1.1 JTAG接口簡介 49
3.1.2 XSBase255上的JTAG接口 49
3.1.3 Boot Loader 50
3.2 宿主機環(huán)境 50
3.2.1 宿主機環(huán)境的建立 50
3.2.2 BOOTP協議 51
3.2.3 TFTP協議 51
3.2.4 交叉編譯 52
3.2.5 Make工具 52
3.3 實驗 56
3.3.1 燒寫XSBase255的Boot Loader 56
3.3.2 使用Minicom實現串口通信 57
3.3.3 建立開發(fā)環(huán)境 60
3.3.4 熟悉交叉編譯環(huán)境和開發(fā)工具 65
3.4 小結 68
3.5 習題與思考題 68
第4章 嵌入式系統的Boot Loader技術 69
4.1 Boot Loader程序的基本概念 69
4.1.1 Boot Loader所支持的硬件環(huán)境 70
4.1.2 Boot Loader的安裝地址 70
4.1.3 Boot Loader相關的設備和機制 70
4.1.4 Boot Loader的啟動過程 70
4.1.5 Boot Loader的操作模式 70
4.1.6 Boot Loader與主機之間的通信設備及協議 71
4.2 Boot Loader的典型結構框架 71
4.2.1 Boot Loader階段1介紹 72
4.2.2 Boot Loader階段2介紹 74
4.2.3 關于串口終端 81
4.3 Boot Loader實驗 81
4.3.1 熟悉Boot Loader的指令 81
4.3.2 U-Boot的分析和移植 87
4.4 小結 97
4.5 習題與思考題 98
第5章 ARM-Linux內核 99
5.1 ARM系統結構簡介 99
5.2 ARM-Linux內存管理 101
5.2.1 內存管理與MMU 101
5.2.2 馮·諾依曼結構和哈佛結構 102
5.2.3 ARM存儲管理機制 102
5.2.4 ARM-Linux存儲機制的建立 105
5.2.5 ARM-Linux進程的虛存空間 108
5.3 ARM-Linux 的中斷響應和處理 110
5.4 ARM-Linux系統調用 114
5.4.1 應用程序中的系統調用 114
5.4.2 實驗：創(chuàng)建和使用一個新的系統調用 116
5.5 系統的啟動和初始化 118
5.5.1 使用Boot Loader將內核映像載入 118
5.5.2 內核數據結構初始化--內核引導第一部分 119
5.5.3 外設初始化--內核引導第二部分 120
5.5.4 init進程和inittab腳本 121
5.5.5 rc啟動腳本 122
5.5.6 Shell的啟動 123
5.6 ARM-Linux進程管理和調度 123
5.6.1 Linux進程和進程控制 123
5.6.2 Linux進程的創(chuàng)建、執(zhí)行和終止 124
5.6.3 ARM-Linux進程的調度 128
5.7 Linux的模塊機制 128
5.7.1 Linux模塊概述 128
5.7.2 與模塊相關的數據結構 129
5.7.3 與模塊相關的系統調用 132
5.7.4 模塊的使用 135
5.7.5 對insmodule實現的簡要介紹 137
5.7.6 模塊的編程 137
5.8 實驗：Linux 2.6內核移植 137
5.8.1 準備工作 139
5.8.2 編譯交叉編譯工具 139
5.8.3 配置Linux 2.6.10內核 139
5.8.4 編譯內核 139
5.9 小結 141
5.10 習題與思考題 141
第6章 嵌入式文件系統 142
6.1 嵌入式Linux文件系統簡介 142
6.1.1 嵌入式文件系統介紹 142
6.1.2 Linux文件系統概述 144
6.1.3 嵌入式Linux常用文件系統 145
6.2 Linux文件系統框架和特性 148
6.3 實驗：建立文件系統 149
6.3.1 建立JFFS2文件系統 149
6.3.2 建立Ramfs文件系統 155
6.4 實驗：NFS文件系統實驗 159
6.4.1 NFS簡介 160
6.4.2 配置NFS服務端 161
6.4.3 配置NFS客戶端 162
6.4.4 掛載NFS文件系統 162
6.4.5 NFS的注意事項 163
6.4.6 加載NFS為根文件系統 163
6.5 實驗：Samba的介紹與應用 166
6.5.1 Samba的介紹 166
6.5.2 Samba實驗 169
6.6 實驗：使用BusyBox構建根文件系統 171
6.6.1 編譯BusyBox 171
6.6.2 配置文件系統 173
6.6.3 制作JFFS2文件映像 175
6.7 小結 175
6.8 習題與思考題 175
第7章 嵌入式系統的調試 176
7.1 遠程調試環(huán)境的搭建原理 176
7.1.1 插樁（stub） 176
7.1.2 GDB介紹 178
7.1.3 GDB遠程調試功能介紹 178
7.2 使用GDB 179
7.2.1 GDB命令 179
7.2.2 斷點與條件斷點 184
7.3 Linux內核調試 184
7.3.1 內核調試技術 185
7.3.2 KGDB分析 186
7.3.3 內核進入調試狀態(tài)的路徑 189
7.4 實驗 191
7.4.1 利用GDB進行本地調試 191
7.4.2 利用GDB進行遠程調試 192
7.4.3 ARM-Linux內核調試 195
7.5 小結 197
7.6 習題與思考題 197
第8章 嵌入式設備驅動 198
8.1 Linux下設備驅動程序簡介 199
8.1.1 設備的分類 199
8.1.2 設備文件 199
8.1.3 主設備號和次設備號 200
8.1.4 Linux設備驅動代碼的分布 200
8.1.5 Linux設備驅動程序的特點 201
8.2 設備驅動程序結構 201
8.2.1 驅動程序的注冊與注銷 202
8.2.2 設備的打開與釋放 202
8.2.3 設備的讀寫操作 203
8.2.4 設備的控制操作 203
8.2.5 設備的輪流查詢和中斷處理 203
8.3 實驗：編寫一個簡單的驅動程序 205
8.3.1 主要數據結構和全局變量 205
8.3.2 主要接口函數 206
8.3.3 模塊加載 208
8.3.4 驅動安裝過程 208
8.4 驅動設計中涉及的一些具體問題 210
8.4.1 用戶空間和內核空間 210
8.4.2 proc文件系統 211
8.5 實驗：設計和實現一個KED&LED驅動 215
8.5.1 主要數據結構和接口函數 218
8.5.2 模塊加載 219
8.5.3 測試代碼 219
8.5.4 驅動安裝過程 220
8.6 實驗：動態(tài)加載和靜態(tài)編譯驅動到內核 222
8.6.1 主要步驟 222
8.6.2 驅動位置和目錄結構 223
8.6.3 修改配置文件 223
8.6.4 編寫Makefile 224
8.7 實驗：使用中斷方式的驅動程序設計 225
8.7.1 注冊中斷處理程序 225
8.7.2 編寫中斷處理程序 227
8.7.3 中斷處理機制的實現 228
8.7.4 中斷控制 228
8.7.5 中斷實驗小結 229
8.8 設備驅動小結 230
8.9 習題與思考題 230
第9章 嵌入式GUI 231
9.1 嵌入式GUI簡介 231
9.1.1 Qt/Embedded 232
9.1.2 MicroWindows 232
9.1.3 OpenGUI 232
9.1.4 MiniGUI 232
9.2 X Windows架構 233
9.3 Tiny-X系統框架 234
9.4 Tiny-X應用程序開發(fā) 235
9.4.1 GTK+的基本概念 236
9.4.2 圖形界面生成器Glade 239
9.5 實驗：用Glade編寫一個簡單的GUI應用程序 241
9.6 實驗：Tiny-X下的KeyPad/LED控制實驗 243
9.7 實驗：Qt/Embedded移植實驗 248
9.7.1 Qt/Embedded 安裝及環(huán)境設置 248
9.7.2 移植Qt/Embedded應用程序 250
9.7.3 修改觸摸屏驅動 250
9.8 小結 252
9.9 習題與思考題 253
第10章 綜合創(chuàng)新實驗 255
10.1 設計任務 255
10.2 設計分析 256
10.3 FPGA設計基礎 257
10.3.1 可編程邏輯器件簡介 257
10.3.2 VHDL語言介紹 259
10.3.3 Quartus Ⅱ使用簡介 260
10.3.4 擴展板邏輯設計要點 265
10.4 模塊分析 274
10.4.1 總體分析 274
10.4.2 各模塊設計要點 274
10.5 驅動設計 277
10.5.1 驅動設計要點 277
10.5.2 驅動的加載 285
10.6 測試程序設計 287
10.6.1 設備文件 287
10.6.2 操作命令字 288
10.7 GUI程序設計 294
10.8 小結 299
10.9 習題與思考題 299