具體描述
內容簡介
《微機原理與接口技術(第2版)》根據微處理器的最新發展(超綫程技術、雙核技術),從Intel係列微處理器整體著眼,又落實到最基本、最常用的8086處理器,介紹瞭微機係統原理、Intel係列微處理器結構、8086指令係統和匯編語言程序設計、主存儲器及與CPU的接口、輸入輸齣、中斷以及常用的微機接口電路和數模(D/A)轉換與模數(A/D)轉換接口。本修訂版根據教學改革的要求與授課教師的意見,作瞭必要的精簡與修改。全書觀點新、實用性強。
《微機原理與接口技術(第2版)》適閤各類高等院校、各種成人教育學校和培訓班作為教材使用。 作者簡介
周明德教授,1959年畢業於清華大學計算機專業。畢業後留校。講授過“脈衝技術”、“微型計算機原理及應用”等課程。在普及微型計算機的高潮中到全國各地講授瞭數十次“微型計算機原理”,並製作瞭錄像帶,在各地播放,受到瞭極大的好評,對普及微型計算機起瞭重大作用。曾任中國軟件與技術服務股份有限公司總工程師,是電子部有突齣貢獻專傢,享受政府津貼。主持瞭國傢“八五”、“九五”重點科技攻關項目“國産操作係統開發”,任副總設計師。該項目獲電子部科技進步特等奬,國傢科技進步二等奬。著有《微型計算機係統原理及應用》、《64位微處理器應用編程》、《64位微處理器係統編程》、《UNIX/IJnux核心》等書,纍計發行三百餘萬冊。 目錄
第1章 概述
1.1 IA-32結構的概要曆史
1.1.1 8086
1.1.2 80386
1.1.3 80486
1.1.4 奔騰(Pentium)
1.1.5 P6係列處理器
1.1.6 奔騰II
1.1.7 奔騰III
1.1.8 Intel Pentium 4處理器
1.1.9 Intel超綫程處理器
1.1.10 Intel雙核技術處理器
1.2 計算機基礎
1.2.1 計算機的基本結構
1.2.2 常用的名詞術語和二進製編碼
1.2.3 指令程序和指令係統
1.2.4 初級計算機
1.2.5 簡單程序舉例
1.2.6 尋址方式
1.3 計算機的硬件和軟件
1.3.1 係統軟件
1.3.2 應用軟件
1.3.3 支撐(或稱為支持)軟件
1.4 微型計算機的結構
1.4.1 微型計算機的外部結構
1.4.2 微型計算機的內部結構
1.5 多媒體計算機
1.5.1 人機接口
1.5.2 多媒體計算機的主要功能
1.5.3 多媒體計算機的組成
習題
第2章 IA-32結構微處理器與8086
2.1 IA-32微處理器是8086的延伸
2.1.1 8086功能的擴展
2.1.2 8086性能的提高
2.2 8086的功能結構
2.3 8086微處理器的執行環境
2.3.1 基本執行環境概要
2.3.2 基本的程序執行寄存器
2.3.3 存儲器組織
習題
第3章 8086指令係統
3.1 基本數據類型
3.1.1 字、雙字的對齊
3.1.2 數字數據類型
3.1.3 指針數據類型
3.1.4 串數據類型
3.2 8086的指令格式
3.3 8086指令的操作數尋址方式
3.3.1 立即數
3.3.2 寄存器操作數
3.3.3 存儲器操作數
3.3.4 I/O端口尋址
3.4 8086的通用指令
3.4.1 數據傳送指令
3.4.2 二進製算術指令
3.4.3 十進製算術指令
3.4.4 邏輯指令
3.4.5 移位和循環移位指令
3.4.6 控製傳送指令
3.4.7 串指令
3.4.8 標誌控製操作
3.4.9 段寄存器指令
3.4.10 雜項指令
習題
第4章 匯編語言程序設計
4.1 匯編語言的格式
4.1.1 8086匯編語言程序的一個例子
4.1.2 8086匯編語言源程序的格式
4.2 語句行的構成
4.2.1 標記(Token)
4.2.2 符號(Symbol)
4.2.3 錶達式(Expressions)
4.2.4 語句(Statements)
4.3 指示性語句(Directive Statements)
4.3.1 符號定義語句
4.3.2 數據定義語句
4.3.3 段定義語句
4.3.4 過程定義語句
4.3.5 結束語句
4.4 指令語句
4.4.1 指令助記符
4.4.2 指令前綴
4.4.3 操作數尋址方式
4.4.4 串操作指令
4.5 匯編語言程序設計及舉例
4.5.1 算術運算程序設計(直綫運行程序)
4.5.2 分支程序設計
4.5.3 循環程序設計
4.5.4 字符串處理程序設計
4.5.5 碼轉換程序設計
4.5.6 有關I/O的DOS功能調用
4.5.7 宏匯編與條件匯編
習題
第5章 處理器總綫時序和係統總綫
5.1 8086的引腳功能
5.2 8086處理器時序
5.3 係統總綫
5.3.1 概述
5.3.2 PC總綫
5.3.3 ISA總綫
5.3.4 PCI總綫
5.3.5 USB總綫
習題
第6章 存儲器
6.1 半導體存儲器的分類
6.1.1 RAM的種類
6.1.2 ROM的種類
6.2 讀寫存儲器RAM
6.2.1 基本存儲電路
6.2.2 RAM的結構
6.2.3 RAM與CPU的連接
6.2.4 64K位動態RAM存儲器
6.3 現代RAM
6.3.1 內存條的構成
6.3.2 擴展數據輸齣動態隨機訪問存儲器EDO DRAM
6.3.3 同步動態隨機訪問存儲器SDRAM
6.3.4 突發存取的高速動態隨機存儲器Rambus DRAM
6.4 隻讀存儲器(ROM)
6.4.1 掩模隻讀存儲器
6.4.2 可擦除的可編程序的隻讀存儲器EPROM
習題
第7章 輸入和輸齣
7.1 概述
7.1.1 輸入輸齣的尋址方式
7.1.2 CPU與I/O設備之間的接口信息
7.1.3 CPU的輸入輸齣時序
7.1.4 CPU與接口電路間數據傳送的形式
7.1.5 IBM PC的外設接口與現代PC的外設接口
7.2 CPU與外設數據傳送的方式
7.2.1 查詢傳送方式
7.2.2 中斷傳送方式
7.2.3 直接數據通道傳送(DMA)
7.3 DMA控製器
7.3.1 主要功能
7.3.2 8237的結構
7.3.3 8237的工作周期
7.3.4 8237的引綫
7.3.5 8237的工作方式
7.3.6 8237的寄存器組和編程
習題
第8章 中斷
8.1 概述
8.1.1 為什麼要用中斷
8.1.2 中斷源
8.1.3 中斷係統的功能
8.2 最簡單的中斷情況
8.2.1 CPU響應中斷的條件
8.2.2 CPU對中斷的響應
8.3 中斷優先權
8.3.1 用軟件確定中斷優先權
8.3.2 硬件優先權排隊電路
8.4 8086的中斷方式
8.4.1 外部中斷
8.4.2 內部中斷
8.4.3 中斷嚮量錶
8.4.4 8086中的中斷響應和處理過程
8.5 中斷控製器Intel 8259A
8.5.1 功能
8.5.2 結構
8.5.3 8259A的引綫
8.5.4 8259A的中斷順序
8.5.5 8259A的編程
8.5.6 8259A的工作方式
習題
第9章 計數器和定時器電路Intel 8253/8254-PIT
9.1 概述
9.1.1 主要功能
9.1.2 8253-PIT的內部結構
9.1.3 8253-PIT的引綫
9.2 8253-PIT的控製字
9.3 8253-PIT的工作方式
9.3.1 方式0—計完最後一個數時中斷
9.3.2 8253-PIT工作方式小結
9.4 8253-PIT的編程
9.5 8254-PIT
習題
第10章 並行接口芯片
10.1 可編程的並行輸入/輸齣接口芯片8255A-5的結構
10.2 方式選擇
10.2.1 “方式”選擇控製字
10.2.2 方式選擇舉例
10.2.3 按位置位/復位功能
10.3 方式0的功能
10.3.1 方式0的基本功能
10.3.2 方式0的時序
10.4 方式1的功能
10.4.1 主要功能
10.4.2 方式1輸入
10.4.3 方式1輸齣
10.5 方式2的功能
10.5.1 主要功能
10.5.2 時序
10.5.3 方式2的控製字
10.6 8255A應用舉例
習題
第11章 串行通信及接口電路
11.1 串行通信
11.1.1 概述
11.1.2 串行接口標準EIA RS-232C接口
11.2 Intel 8251A可編程通信接口
11.2.1 8251的基本性能
11.2.2 8251的方框圖
11.2.3 接口信號
11.2.4 8251的編程
11.2.5 8251應用舉例
習題
第12章 數模(D/A)轉換與模數(A/D)轉換接口
12.1 模擬量輸入與輸齣通道
12.1.1 模擬量輸入通道的組成
12.1.2 模擬量輸齣通道的組成
12.2 數模(D/A)轉換器
12.2.1 D/A轉換的基本原理
12.2.2 D/A轉換器的主要技術指標
12.2.3 典型的D/A轉換器芯片
12.3 D/A轉換器與微處理器的接口
12.3.1 8位D/A轉換芯片與CPU的接口
12.3.2 12位D/A轉換芯片與CPU的接口
12.4 模數(A/D)轉換器
12.4.1 A/D轉換的基本原理
12.4.2 A/D轉換器的主要技術指標
12.4.3 A/D轉換器與係統連接的問題
12.4.4 典型的A/D轉換芯片
12.5 A/D轉換器與微處理器的接口
12.5.1 8位A/D轉換芯片與CPU的接口
12.5.2 12位A/D轉換芯片與CPU的接口
12.6 D/A、A/D轉換應用舉例
12.6.1 D/A轉換舉例
12.6.2 A/D轉換舉例
習題
第13章 IA-32微處理器
13.1 IA-32處理器的功能結構
13.1.1 80386的功能結構
13.1.2 80486的功能結構
13.2 IA-32結構微處理器的指令係統的發展
13.3 IA-32結構微處理器的性能發展
13.3.1 IA-32的流水綫結構簡介
13.3.2 Cache
13.4 IA-32結構微處理器的執行環境
13.4.1 操作模式
13.4.2 基本執行環境概要
13.4.3 存儲器組織
13.4.4 基本的程序執行寄存器
13.4.5 X87 FPU結構
13.5 IA-32 處理器的工作方式
13.6 保護虛地址方式
13.6.1 保護方式下的尋址機製
13.6.2 全局描述符錶和局部描述符錶
13.6.3 描述符
13.6.4 選擇子
13.6.5 段描述符的高速緩衝寄存器
13.6.6 IA-32微處理器中的特權級
13.6.7 任務切換
13.7 虛擬存儲器管理與IA-32微處理器的MMU單元
13.7.1 虛擬存儲器概念
13.7.2 Intel IA-32結構微處理器的存儲管理單元
習題 精彩書摘
第1章 概述
自從1981年IBM公司進入微型計算機領域並推齣IBM-PC以後,計算機的發展開創瞭一個新的時代——微型計算機時代。微型計算機(以下簡稱微機)的迅速普及,使計算機真正廣泛應用於工業、農業、科學技術領域以及社會生活的各個方麵。以前的大型機(MainFrame)、中型機、小型機的界綫已經日益模糊甚至消失。隨著微機應用的普及及技術的發展,芯片與微機的功能和性能迅速提高,其功能已經遠遠超過瞭20世紀80年代以前的中、小型機甚至超過瞭大型機。
到瞭20世紀90年代,隨著局域網、廣域網、城際網以及Intemet的迅速普及與發展,微機從功能上可分為網絡工作站(客戶端Client)和網絡服務器(Server)兩大類型。網絡客戶端又稱為個人計算機(Personal Computer,PC)。
1.1 IA-32結構的概要曆史
1971年,Intel公司發布瞭Intel 4004,這是一個4位微處理器,被認為是世界上第一個微處理器。從此,微處理器得到瞭極其迅速的發展。直至今天,基本上按摩爾定律(每18個月微處理器芯片上的晶體管數翻一番)指齣的那樣發展。
到瞭20世紀70年代中期,微處理器的主流是Intel的8080、8085,Motorola的6800和S109的Z80等8位微處理器。其中,Z80稍占優勢。隨後,各個公司都嚮16位微處理器發展。
1981年,計算機界的巨頭——IBM公司(當時,IBM一個公司的銷售額占整個計算機行業的銷售額的50%以上)進入瞭個人計算機領域,推齣瞭IBM-PC。在IBM-PC中采用的CPU是Intel的8088微處理器。
IBM-PC的推齣極大地推動瞭個人計算機的發展,在20世紀80年代中期,個人計算機的年産量已經超過瞭200萬颱,到20世紀80年代後期,已經超過瞭1000萬颱。
個人計算機的迅猛發展,造就瞭兩個新的巨人——MicrosoR公司和Intel公司。Intel公司在微處理器市場占據著絕對的壟斷地位。 前言/序言
自1981年計算機界的巨人——IBM公司推齣瞭IBM-PC(個人計算機),計算機的發展進入瞭一個新的時代——微型計算機時代。
20年來,微型計算機的性能得到瞭極大提高。
就CPU來說,十餘年來,Intel公司生産的芯片經曆瞭8088、8086、80186、80286、80386、80486到Pentium(中文名為奔騰,編號為80586);Pentium也經曆瞭Pentium、Pentium MMX、Pentium Pro(中文名為高能奔騰又稱80686,即為Pentium 6結構的第一個處理器)以及把MMX技術與Pentium Pro結閤在一起的Pentium II、Pentium III直至最新的Pentium 4。這些CPU形成一個係列(x86係列),它們是嚮下兼容的。在8086(8088)CPU上開發的程序,完全可以在Pentium 4上運行。所以,Intel公司把它們稱為IA(Intel Architecture)-32結構微處理器。我們可以用兩個錶來說明IA.32結構微處理器的發展。
《嵌入式係統設計與應用》 內容簡介: 本書是一部係統性、實踐性兼具的嵌入式係統設計與應用領域的高水平著作。它旨在為讀者提供對嵌入式係統核心原理、關鍵技術和典型應用開發的全麵理解。全書緊密結閤當前嵌入式技術的發展趨勢,從理論到實踐,層層深入,力求為讀者構建一個紮實而寬廣的知識體係。 第一部分:嵌入式係統基礎理論 本部分深入剖析瞭嵌入式係統的基本概念、發展曆程、體係結構以及其與通用計算機係統的區彆與聯係。我們將從宏觀視角審視嵌入式係統的獨特性,包括其對功耗、成本、性能、實時性、可靠性等方麵的特殊要求。 第一章:嵌入式係統概述 1.1 什麼是嵌入式係統? 定義與特徵:強調嵌入式係統是集成在特定硬件平颱上的、為實現特定功能而設計的計算機係統。重點闡述其“嵌入式”的含義,即不以通用計算為主要目的,而是服務於更廣泛的設備和應用。 典型應用領域:通過列舉智能傢居、工業自動化、醫療設備、汽車電子、通信設備、消費電子等多樣化的應用場景,直觀展示嵌入式係統的廣泛性。 與通用計算機的比較:從硬件架構、軟件開發、係統特性、生命周期等方麵,對比嵌入式係統與PC、服務器等通用計算設備的差異,突齣嵌入式係統的定製化和專用性。 1.2 嵌入式係統的發展曆程與趨勢 早期發展:追溯嵌入式係統從最初的簡單控製單元到復雜智能係統的演變過程。 關鍵技術突破:分析微處理器、嵌入式操作係統、通信協議、傳感器技術等關鍵技術對嵌入式係統發展的推動作用。 當前熱點與未來展望:探討物聯網(IoT)、人工智能(AI)在嵌入式領域的融閤應用,以及邊緣計算、低功耗技術、安全性等未來發展趨勢。 1.3 嵌入式係統的體係結構 硬件平颱:介紹嵌入式係統的典型硬件組成,包括微處理器/微控製器(MCU)、存儲器(RAM、ROM、Flash)、外設接口(I/O、ADC、DAC、定時器)、通信接口(UART、SPI、I2C、CAN、Ethernet、USB)等。 軟件係統:闡述嵌入式軟件的層次結構,包括底層驅動、實時操作係統(RTOS)、中間件、應用層軟件等。 係統集成:強調硬件與軟件的緊密集成是嵌入式係統設計的核心。 1.4 嵌入式係統設計的關鍵挑戰 資源限製:討論內存、處理能力、功耗等資源的受限性對設計的影響。 實時性要求:解析實時操作係統的必要性以及硬實時、軟實時的概念。 可靠性與安全性:分析嵌入式係統在惡劣環境下工作的可靠性需求以及信息安全的重要性。 功耗管理:探討低功耗設計技術在電池供電嵌入式設備中的關鍵作用。 開發成本與周期:分析嵌入式係統開發過程中成本控製和縮短開發周期的策略。 第二章:嵌入式微處理器與微控製器 2.1 微處理器(MPU)與微控製器(MCU) 核心概念:深入理解CPU、內存、I/O接口等基本構成。 架構特點:介紹RISC與CISC指令集架構,分析其在嵌入式領域的適用性。 ARM架構:詳細講解ARM處理器的發展曆程、傢族係列(Cortex-M, Cortex-R, Cortex-A)及其在嵌入式領域的廣泛應用。 其他主流架構:簡要介紹MIPS、x86等在特定嵌入式領域的應用。 2.2 嵌入式存儲器 易失性存儲器(RAM):SRAM, DRAM,及其在緩存、臨時數據存儲中的作用。 非易失性存儲器(ROM, Flash, EEPROM):NOR Flash, NAND Flash, eMMC等,及其在程序存儲、數據存儲中的應用。 存儲器接口與時序:理解不同存儲器與CPU之間的連接方式和數據傳輸時序。 2.3 嵌入式係統總綫與接口技術 CPU與總綫:解析地址總綫、數據總綫、控製總綫的概念及其在數據傳輸中的作用。 片上總綫(On-chip Bus):AMBA(AHB, APB)等,用於CPU與片上外設的連接。 片外總綫(Off-chip Bus):DDR SDRAM接口、PCIe等。 常用接口技術: 通用串行接口: UART(RS-232, RS-485),SPI,I2C,USB。深入分析其工作原理、通信協議、應用場景和注意事項。 通用並行接口: GPIO,用於通用輸入輸齣控製。 傳感器接口: ADC(模數轉換器)、DAC(數模轉換器),用於處理模擬信號。 定時器/計數器: 用於生成延時、測量時間、産生PWM信號等。 中斷控製器: 理解中斷的概念、中斷優先級、中斷嚮量錶,以及中斷處理流程。 DMA(直接內存訪問): 講解DMA的工作原理,以及其在提高數據傳輸效率、減輕CPU負擔方麵的作用。 通信總綫: CAN(控製器局域網)、Ethernet(以太網)等,分析其在汽車電子、工業控製、網絡通信中的應用。 第二部分:嵌入式軟件開發與操作係統 本部分重點關注嵌入式軟件的設計、開發流程以及嵌入式實時操作係統(RTOS)的原理與應用。通過本部分的學習,讀者將掌握嵌入式軟件開發的基礎技能,並理解如何利用RTOS來管理係統資源,實現高效的並發執行。 第三章:嵌入式軟件開發流程與工具鏈 3.1 嵌入式軟件開發的基本流程 需求分析與係統設計:明確嵌入式係統的功能需求,進行軟硬件協同設計。 編碼實現:選擇閤適的編程語言(C/C++是主流),編寫高質量的代碼。 交叉編譯與鏈接:理解交叉編譯器的作用,以及如何在宿主機上編譯生成目標機可執行的代碼。 下載與調試:掌握將編譯後的程序燒錄到目標闆,並使用調試工具進行問題定位。 測試與優化:進行單元測試、集成測試,以及性能和功耗的優化。 3.2 嵌入式開發工具鏈 集成開發環境(IDE): Keil MDK, IAR Embedded Workbench, Eclipse + GCC等,介紹其集成調試、編譯、代碼編輯等功能。 編譯器(Compiler): GCC, Clang等,講解C/C++到匯編的轉換過程。 匯編器(Assembler): 將匯編代碼轉換為機器碼。 鏈接器(Linker): 將編譯後的目標文件和庫文件鏈接成可執行文件。 調試器(Debugger): JTAG, SWD接口,配閤硬件仿真器(如ULINK, J-Link)進行代碼調試。 仿真器(Emulator)與邏輯分析儀: 理解硬件仿真器在代碼執行跟蹤、寄存器查看、斷點設置等方麵的作用,以及邏輯分析儀在信號時序分析中的價值。 版本控製係統: Git等,強調其在團隊協作和代碼管理中的重要性。 第四章:嵌入式實時操作係統(RTOS) 4.1 RTOS概述 RTOS的定義與必要性:強調RTOS在處理實時任務、多任務並發、資源管理方麵的核心作用。 RTOS的功能:任務管理、內存管理、設備管理、進程間通信、中斷管理等。 RTOS的類型:硬實時、軟實時、比例共享調度等。 4.2 RTOS核心概念 任務(Task)/綫程(Thread): 獨立運行的程序單元,理解任務的創建、刪除、阻塞、喚醒等狀態。 任務調度: 調度器(Scheduler):負責根據調度算法選擇下一個運行的任務。 調度算法:優先級調度(搶占式、非搶占式)、輪轉調度、時間片輪轉等。 上下文切換(Context Switching):理解CPU狀態的保存與恢復過程。 任務間通信(IPC): 信號量(Semaphore):用於任務同步和互斥。 互斥鎖(Mutex):保證對共享資源的獨占訪問。 消息隊列(Message Queue):用於任務之間傳遞數據。 事件標誌(Event Flags):用於任務之間傳遞事件信息。 共享內存(Shared Memory):實現高效的數據共享。 同步與互斥: 解決多任務環境下對共享資源的訪問衝突。 中斷處理: RTOS如何與中斷服務程序(ISR)協同工作。 4.3 常用嵌入式RTOS介紹 FreeRTOS:介紹其廣泛應用、源碼開放、易用性等特點,並重點講解其核心API。 RT-Thread:分析其中國本土的優秀RTOS,支持組件化、多架構等特點。 UCOS係列:介紹UCOS-II, UCOS-III的經典地位和特性。 Zephyr OS:分析其麵嚮IoT的現代RTOS,支持廣泛的硬件平颱和功能。 4.4 RTOS在嵌入式係統中的應用 如何選擇閤適的RTOS:根據項目需求、硬件平颱、資源限製等因素進行選擇。 RTOS移植:介紹RTOS在不同硬件平颱上的移植過程。 基於RTOS的係統設計:如何利用RTOS的特性來構建復雜的嵌入式應用。 第三部分:嵌入式係統接口技術與驅動開發 本部分將深入講解嵌入式係統中常用的各種硬件接口的工作原理,並重點介紹如何為這些接口編寫驅動程序,使其能夠被上層軟件調用。這將幫助讀者理解硬件與軟件之間的橋梁。 第五章:嵌入式係統常用接口技術詳解 5.1 串行通信接口 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter): 異步通信原理:波特率、起始位、數據位、停止位、校驗位。 RS-232, RS-485標準:接口電氣特性、連接方式。 應用場景:調試信息輸齣、模塊間通信、設備連接。 SPI (Serial Peripheral Interface): 同步通信原理:主從模式、SCK(時鍾)、MOSI(主輸齣/從輸入)、MISO(主輸入/從輸齣)、SS(片選)。 數據傳輸時序:CPOL, CPHA。 應用場景:連接高速外設,如Flash、SD卡、顯示屏、傳感器。 I2C (Inter-Integrated Circuit): 多主控、多從設備通信:SDA(數據綫)、SCL(時鍾綫)。 地址尋址機製:7位或10位地址。 通信協議:Start/Stop條件、ACK/NACK。 應用場景:連接低速外設,如EEPROM、RTC、傳感器、ADC/DAC。 5.2 並行通信接口 GPIO (General Purpose Input/Output): 輸入/輸齣模式配置:推挽輸齣、開漏輸齣、上拉/下拉輸入。 直接控製數字信號:LED、按鍵、繼電器等。 5.3 模數/數模轉換(ADC/DAC) ADC: 工作原理:量化、采樣、編碼。 關鍵參數:分辨率、采樣率、精度。 接口類型:並行、串行(SPI, I2C)。 應用場景:讀取傳感器數據(溫度、濕度、壓力等)。 DAC: 工作原理:編碼、數模轉換。 關鍵參數:分辨率、輸齣範圍。 應用場景:産生音頻信號、控製模擬設備。 5.4 定時器/計數器(Timer/Counter) 工作模式:定時、計數、PWM生成。 中斷觸發:周期性中斷、事件觸發。 應用場景:精確延時、脈衝寬度調製(PWM)用於電機控製、LED亮度調節。 5.5 中斷係統 中斷産生與響應:外部中斷、定時器中斷、通信中斷。 中斷嚮量錶:存儲中斷服務程序的地址。 中斷優先級管理:嵌套中斷、中斷屏蔽。 中斷服務程序(ISR)設計:簡潔、高效。 5.6 DMA(Direct Memory Access) DMA控製器工作原理:獨立於CPU進行數據傳輸。 DMA傳輸模式:外設到內存、內存到外設、內存到內存。 DMA請求與仲裁。 應用場景:高效傳輸大量數據,如ADC采樣數據、網絡數據包。 第六章:嵌入式驅動程序開發 6.1 驅動程序的作用與分類 硬件抽象層:驅動程序是硬件與應用程序之間的接口。 設備模型:Linux等操作係統中的設備模型。 分類:字符設備、塊設備、網絡設備。 6.2 驅動程序的基本框架 初始化與退齣:設備初始化、資源申請、驅動注冊;設備去初始化、資源釋放、驅動注銷。 設備操作函數集:Open, Close, Read, Write, IOCTL等。 6.3 基於RTOS的驅動程序開發 與RTOS的集成:任務、信號量、消息隊列在驅動中的應用。 中斷處理與驅動:ISR與綫程的協同。 設備文件係統(在某些RTOS中):方便驅動程序的訪問。 6.4 典型驅動程序開發實例(以UART或SPI為例) 硬件寄存器訪問:直接讀寫硬件寄存器來控製設備。 中斷驅動:配置中斷,編寫ISR。 RTOS同步機製:使用信號量或互斥鎖保護共享資源。 提供API接口:供上層應用程序調用。 第四部分:嵌入式係統應用開發與進階 本部分將介紹嵌入式係統在實際項目中的應用,包括嵌入式Linux係統移植與應用開發,以及一些進階主題,如嵌入式通信、安全性與可靠性等。 第七章:嵌入式Linux係統移植與應用開發 7.1 嵌入式Linux概述 Linux內核特點:開源、穩定、強大的網絡功能、豐富的驅動支持。 嵌入式Linux係統結構:Bootloader, Kernel, Root Filesystem, Application。 與桌麵Linux的差異:資源受限、定製化、實時性要求。 7.2 Bootloader 作用:初始化硬件,加載Linux內核。 常見Bootloader:U-Boot, GRUB。 移植流程:配置Bootloader,燒錄到目標闆。 7.3 Linux內核移植 內核配置:menuconfig, xconfig等。 設備樹(Device Tree):描述硬件資源的標準化方法。 驅動程序集成:編寫或移植設備驅動。 7.4 根文件係統構建 BusyBox:集成常用Linux命令和工具。 Buildroot, Yocto Project:自動化構建嵌入式Linux係統的工具鏈。 應用程序:在嵌入式Linux上運行用戶應用程序。 7.5 嵌入式Linux應用程序開發 用戶空間與內核空間:理解兩者區彆。 係統調用:應用程序與內核的交互方式。 常用開發工具:GCC, GDB, Make。 多綫程與進程編程。 網絡編程:Socket API。 7.6 嵌入式Linux與RTOS的選擇 何時選擇嵌入式Linux:需要豐富的功能、網絡支持、較強的計算能力。 何時選擇RTOS:對實時性要求極高、資源極其受限。 第八章:嵌入式係統通信與網絡 8.1 嵌入式係統中的通信協議 低級通信: UART, SPI, I2C(迴顧與深入)。 工業通信: CAN, Modbus, Profibus。 無綫通信: Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, LoRa。 網絡通信: TCP/IP協議棧。 8.2 嵌入式網絡應用開發 TCP/IP協議棧:Socket編程。 HTTP服務器/客戶端:構建Web服務。 MQTT/CoAP:輕量級物聯網通信協議。 DHCP, DNS:網絡配置與解析。 8.3 物聯網(IoT)平颱與應用 雲平颱:AWS IoT, Azure IoT, Google Cloud IoT。 邊緣計算:數據在設備端或近端進行處理。 數據采集與傳輸:傳感器數據上傳。 遠程控製與監控。 第九章:嵌入式係統安全性與可靠性 9.1 嵌入式係統安全性 安全威脅:固件篡改、數據泄露、拒絕服務攻擊。 安全措施: 硬件安全:安全芯片(TPM)、安全啓動(Secure Boot)。 軟件安全:固件加密、訪問控製、權限管理、安全編碼實踐。 通信安全:TLS/SSL加密。 安全更新與漏洞管理。 9.2 嵌入式係統可靠性 故障檢測與診斷。 容錯與冗餘設計。 Watchdog Timer(看門狗定時器):防止係統死鎖。 軟件異常處理與恢復機製。 嵌入式係統測試方法:單元測試、集成測試、係統測試、壓力測試。 附錄: 常用嵌入式開發術語錶 相關參考資料與網站 本書內容涵蓋廣泛,從基礎的硬件原理到復雜的係統應用,力求為讀者提供一個全麵、深入的嵌入式係統學習路徑。通過理論知識的學習和實例的分析,讀者將能夠掌握嵌入式係統的設計、開發和調試技能,為從事嵌入式相關工作奠定堅實的基礎。