根據嵌入式系統(tǒng)的特點，對嵌入式系統(tǒng)的基礎知識、工作原理與典型的應用設計等方面進行了介紹。作者根據長期的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經驗，從嵌入式系統(tǒng)研發(fā)人員的角度，分析嵌入式系統(tǒng)設計需要掌握的理論知識、設計方法及步驟，介紹了嵌入式系統(tǒng)的基本組成，從底層到應用層各個典型模塊的設計，將理論知識和實際對象充分結合起來，形成了一個完整的嵌入式系統(tǒng)。其主要內容包括：嵌入式系統(tǒng)軟硬件基礎知識、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎、ARMCortexM３內核體系結構、基于STM３２F１０３VET６的典型的外設模塊硬件/驅動程序設計、嵌入式操作系統(tǒng)基礎、μC/OSII操作系統(tǒng)的應用及移植等部分。
《嵌入式系統(tǒng)原理及應用實例》既可以作為高等院校計算機、電子類、自動化及控制類大學本科高年級學生的教材，也可以作為非計算機類碩士研究生與嵌入式系統(tǒng)設計工程技術人員的重要參考書。
第1章 嵌入式系統(tǒng)概論
1．1 嵌入式系統(tǒng)簡介
1．1．1 嵌入式系統(tǒng)的歷史
1．1．2 嵌入式系統(tǒng)的定義
1．1．3 嵌入式系統(tǒng)的特點
1．2 嵌入式系統(tǒng)的分類
1．2．1 嵌入式系統(tǒng)的實時性分類
1．2．2 嵌入式系統(tǒng)的應用領域分類
1．3 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現狀和發(fā)展趨勢
1．3．1 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現狀
1．3．2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
習題1
第2章 嵌入式系統(tǒng)的基礎知識
2．1 嵌入式系統(tǒng)的基本結構
2．1．1 硬件層
2．1．2 中間層
2．1．3 軟件層
2．1．4 應用層
2．2 嵌入式系統(tǒng)硬件基礎
2．2．1 嵌入式微處理器基本知識
2．2．2 存儲器系統(tǒng)
2．2．3 輸入/輸出接口
2．3 嵌入式系統(tǒng)軟件基礎
2．3．1 嵌入式軟件分類及特點
2．3．2 嵌入式軟件體系結構
2．4 嵌入式系統(tǒng)中斷與系統(tǒng)啟動
2．4．1 中斷基礎知識
2．4．2 BootLoader基礎
習題2
第3章 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎
3．1 嵌入式系統(tǒng)硬件平臺
3．1．1 嵌入式處理器分類
3．1．2 常見的嵌入式處理器
3．2 嵌入式軟件平臺
3．2．1 常用嵌入式操作系統(tǒng)
3．2．2 嵌入式文件系統(tǒng)
3．2．3 嵌入式圖形用戶接口
3．3 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術
3．3．1 嵌入式系統(tǒng)的設計流程
3．3．2 嵌入式系統(tǒng)的硬件/軟件協(xié)同設計技術
3．3．3 嵌入式系統(tǒng)的可重構設計技術
3．3．4 嵌入式中間件技術
3．4 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與調試基礎
3．4．1 嵌入式代碼生成流程
3．4．2 嵌入式軟件代碼結構分析
3．4．3 嵌入式軟件調試方法
習題3
第4章 ARM Cortex M3處理器體系結構
4．1 ARM 處理器的發(fā)展歷程
4．2 Cortex M3處理器體系結構
4．2．1 Cortex M3體系結構簡介
4．2．2 Cortex M3異常管理
4．2．3 Cortex M3復位異常
習題4
第5章 嵌入式系統(tǒng)常用外設驅動編程實例
5．1 STM32F103VET6簡介
5．1．1 STM32F103VET6概述
5．1．2 引腳概述
5．2 GPIO應用實例---LED模塊設計
5．2．1 GPIO簡介
5．2．2 GPIO寄存器描述
5．2．3 基于GPIO的LED燈控制
5．3 STM32外部中斷及鍵盤應用實例
5．3．1 STM32外部中斷簡介
5．3．2 嵌入式鍵盤工作原理
5．3．3 基于中斷的鍵盤應用實例
5．4 STM32UART串口應用實例
5．4．1 異步串行通信概述
5．4．2 STM32UART串口簡介
5．4．3 STM32UART應用實例
5．5 DMA 及A/D轉換器應用實例
5．5．1 DMA 工作原理
5．5．2 STM32的DMA 控制器
5．5．3 A/D轉換器原理
5．5．4 STM32A/D轉換器介紹
5．5．5 STM32A/D轉換器應用實例
5．6 LCD應用實例
5．6．1 LCD工作原理
5．6．2 TFT型LCD顯示屏及接口簡介
5．6．3 TFT型LCD應用實例
5．7 SPI總線及觸摸屏應用實例
5．7．1 觸摸屏原理及有關技術
5．7．2 觸摸屏驅動芯片ADS7843簡介
5．7．3 SPI總線工作原理
5．7．4 STM32SPI簡介
5．7．5 觸摸屏應用實例
習題5
第6章 嵌入式操作系統(tǒng)基礎知識
6．1 操作系統(tǒng)基礎知識
6．1．1 操作系統(tǒng)的基本概念
6．1．2 操作系統(tǒng)的主要功能
6．1．3 操作系統(tǒng)的分類
6．2 嵌入式操作系統(tǒng)
6．2．1 嵌入式操作系統(tǒng)的特點
6．2．2 實時操作系統(tǒng)的基本概念
6．3 任務間互斥、同步與通信
6．3．1 任務的互斥
6．3．2 任務的同步
6．3．3 任務間的通信
習題6
第7章 嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS II
7．1 μC/OS II內核結構
7．1．1 μC/OS II組成及功能
7．1．2 μC/OS II內核結構概述
7．2 μC/OS II任務管理
7．2．1 μC/OS II系統(tǒng)任務管理
7．2．2 μC/OS II用戶任務管理
7．3 μC/OS II時間管理
7．3．1 μC/OS II時鐘節(jié)拍管理
7．3．2 μC/OS II軟件定時器管理
7．4 μC/OS II任務同步
7．4．1 μC/OS II信號量
7．4．2 μC/OS II事件標志組
7．5 μC/OS II任務通信
7．5．1 μC/OS II消息郵箱
7．5．2 μC/OS II消息隊列
7．6 μC/OS II任務互斥
7．6．1 μC/OS II互斥原理
7．6．2 μC/OS II互斥信號量
習題7
第8章 μC/OS II操作系統(tǒng)的應用及移植
8．1 μC/OS II應用基礎
8．1．1 任務劃分
8．1．2 μC/OS II任務堆棧的設置
8．1．3 任務的執(zhí)行分類及優(yōu)先級設置
8．2 μC/OS II應用編程舉例
8．2．1 μC/OS II同步信號量應用實例
8．2．2 μC/OS II消息郵箱通信應用實例
8．2．3 μC/OS II互斥信號量應用實例
8．2．4 μC/OS II事件標志組應用實例
8．2．5 μC/OS II定時器應用實例
8．3 操作系統(tǒng)移植
8．3．1 μC/OS II移植基礎知識
8．3．2 μC/OS II在STM32F103上的移植實現
習題8
第9章 智能家居監(jiān)測控制系統(tǒng)實例
9．1 需求分析
9．2 總體設計
9．3 系統(tǒng)硬件設計
9．3．1 家居控制器最小系統(tǒng)設計
9．3．2 電源電路設計
9．3．3 通信電路設計
9．3．4 顯示模塊電路
9．3．5 數據采集模塊電路
9．4 系統(tǒng)軟件設計
9．4．1 主程序設計
9．4．2 報警任務
9．4．3 GSM 短信查詢控制任務
9．4．4 信息采集任務
9．4．5 其他函數說明
9．5 系統(tǒng)驗證
習題9
參考文獻
嵌入式系統(tǒng)在工業(yè)生產控制、智能儀表、信息家電、網絡通信、醫(yī)療儀器、國防科技、智能機器人等領域中都有著廣泛的應用.社會對嵌入式系統(tǒng)設計方面人才的需求量也越來越大.許多高校開設了嵌入式系統(tǒng)設計的相關課程,社會上也有許多嵌入式系統(tǒng)設計方面的培訓班.但是關于嵌入式系統(tǒng)設計的參考書大多針對某一型號的處理器或操作系統(tǒng)進行詳細講解,而沒有講解相應的嵌入式系統(tǒng)基礎知識,就像產品說明書,讀者只知道怎么用,而不知道為什么這樣用;或者是只針對嵌入式理論知識進行說明、分析,而沒有一個具體的對象,讓讀者感覺像空中樓閣.這些參考書對于初學者來說,很難真正系統(tǒng)掌握嵌入式系統(tǒng)方面的知識;在設計時,難以設計出一個優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)產品,從而也限制了行業(yè)的發(fā)展.
針對這一情況,作者根據多年從事嵌入式系統(tǒng)設計方面的科研及教學經驗,結合嵌入式系統(tǒng)理論知識,編著了本書.本書主要針對非計算機專業(yè)學生進行設計,在內容的選擇上,采用理論與具體對象相結合的原則,采用嵌入式控制領域應用廣泛的Cortex M3處理器STM32和典型的接口及總線作為硬件對象,分析講解Cortex M3處理器的結構、工作模式、中斷處理、系統(tǒng)啟動等原理及過程;然后針對控制領域對操作系統(tǒng)的應用需求,選擇編程簡單但功能齊全的μC/OS II操作系統(tǒng)作為主要內容,系統(tǒng)分析介紹了該操作系統(tǒng)的工作原理、應用及移植.本書系統(tǒng)講解了嵌入式系統(tǒng)理論知識及硬件設計、系統(tǒng)啟動與中斷處理、底層驅動編程、操作系統(tǒng)概念及應用等知識,讓讀者能將理論知識和具體對象結合起來,真正系統(tǒng)理解和掌握嵌入式系統(tǒng)的軟/硬件知識;以“從總體到具體”、“從底層到上層”的順序進行內容安排,更符合人的思維習慣.因此,本書可以作為高校有關專業(yè)本科高年級嵌入式系統(tǒng)設計相關課程的教材,也可作為嵌入式系統(tǒng)設計工程師的重要參考書.
本書共9章,第1章主要介紹嵌入式系統(tǒng)的概念、應用與發(fā)展.第2章主要介紹嵌入式系統(tǒng)構架、組成、硬件/軟件基礎知識以及嵌入式系統(tǒng)設計方法等內容.第3章主要講解嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)基礎,主要分析了嵌入式系統(tǒng)的基本組成,常見的微處理器和操作系統(tǒng)的特點及應用領域,嵌入式軟件開發(fā)調試方法,以及嵌入式系統(tǒng)平臺構建的注意事項等.第4章重點講述ARM Cortex系列處理器的結構、工作模式、指令、開發(fā)環(huán)境等內容.第5章重點分析STM32F103處理器的引腳與接口配置,然后對STM32F103處理器的中斷、系統(tǒng)啟動、常用接口及外設工作原理、接口電路及驅動程序編寫進行講解.第6章對嵌入式操作系統(tǒng)的概念、內核結構和功能進行講解,重點講解嵌入式操作系統(tǒng)任務、調度、通信與同步的工作原理.第7章對μC/OS II操作系統(tǒng)的內核構架進行分析,重點分析該操作系統(tǒng)的內核任務管理、通信與同步機制和API函數.第8章是μC/OS II的應用舉例,主要對通信、同步、互斥、事件標志組、軟件定時器等應用進行實例設計分析,然后講述如何在STM32F103上移植μC/OS II操作系統(tǒng).第9章以智能家居系統(tǒng)為例,采用STM32F103處理器和μC/OS II操作系統(tǒng)進行智能家居控制器設計.該章系統(tǒng)介紹整個嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程.
本書第1、2、3、4章由曾素華負責完成,第5、6、7、8章由蔣建春負責完成,第9章由陳家佳負責完成,全書由蔣建春負責統(tǒng)稿.參與編寫的人員還有岑明、李勇、呂霞付、謝昊飛等,在這里對他們表示感謝.同時還要感謝鄧露和王開龍、陳慧玲、景艷梅、蔣麗等同學為本書的付出.感謝胡向東教授和余成波教授對本書的評閱和提出的寶貴意見.
同時,本書的應用實例都是采用典型的應用進行編排說明,并把每章應用實例完整的工程文件通過郵箱:goodtextbook＠126．com 提供給讀者,便于讀者進行驗證學習.當然,任何一本書都不可能囊括所有內容,本書力爭做到合理安排內容與順序,引導讀者進入嵌入式系統(tǒng)領域,讓讀者能循序漸進地系統(tǒng)掌握嵌入式系統(tǒng)的相關知識,同時也注重實例的典型性和實用性.希望本書對讀者的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能有所幫助.
本書中也引用了參考文獻中的一些信息,正是這些優(yōu)秀的作品為作者提供了豐富的知識,從而使本書內容更加充實.在此對這些作者表示感謝! 由于時間倉促,加之水平有限,書中難免會有一些錯誤和不妥之處,敬請讀者批評指正.
作 者
2015年5月
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