嵌入式系統電子設計與應用

隨著現代科技的不斷發展，嵌入式電子系統已經成為維持現代社會高效運轉的重要組成部分。嵌入式電子系統作為一類專為特定應用場景設計的、集成于其他設備中的電子系統，通常由嵌入式計算機、傳感器、執行器等硬件組成，并在軟件的支持下實現特定功能。由于嵌入式系統具有體積小、功耗低、可靠性高、處理速度快等特點，其在諸多生產和生活場景中得到了廣泛的應用，如消費類電子產品、醫療設備、汽車、工業自動化、航空航天及軍事等領域，嵌入式電子系統的應用場景越來越多，越來越復雜。也正是如此，嵌入式電子系統的設計和應用成為了極具挑戰和頗有前景的領域之一。
本書共分為7章。第1章為嵌入式系統基礎，第2章為嵌入式系統硬件體系結構，第3章為嵌入式系統架構，第4章為嵌入式系統應用程序設計，第5章為嵌入式Linux程序開發基礎，第6章為嵌入式設備驅動程序設計，第7章為設備驅動程序設計實例。本書重點突出，語言簡練，內容全面，很適合電子科學與技術、信息工程、通信工程及相關專業人員參考閱讀。
本書在編寫的過程中根據計算機技術的發展狀況，對例題內容進行精心的選擇與設計，并對規律性或常規性操作進行了歸納，使讀者不僅掌握基本操作，還能觸類旁通，獲得整體的認識。但是鑒于編者水平有限，書中難免會有不足之處，懇請廣大讀者給予批評指正！

編者
2023年9月

本書圍繞嵌入式系統的電子設計與應用展開，在簡要介紹嵌入式系統基礎、嵌入式系統硬件體系結構、嵌入式系統架構的基礎上，對嵌入式系統應用程序設計、嵌入式Linux程序開發基礎、嵌入式設備驅動程序設計等內容進行了講解，并提供了設備驅動程序設計實例。
本書重點突出、語言簡練、內容全面，適用于嵌入式系統開發人員，以及電子科學與技術、信息工程、通信工程等相關專業的師生閱讀參考。

第1章　嵌入式系統基礎  001
1.1　嵌入式系統簡介  001
1.1.1　嵌入式系統的基本概念  001
1.1.2　嵌入式系統的體系結構  001
1.1.3　嵌入式系統的特點  003
1.2　常見嵌入式操作系統  003
1.2.1　VxWorks  004
1.2.2　Windows CE  004
1.2.3　嵌入式Linux  004
1.2.4　μC/OS-Ⅱ  005
1.2.5　Android  006
1.3　嵌入式系統的開發過程  006
1.4　嵌入式系統的應用案例  007
1.4.1　基于嵌入式系統的視頻網絡監控系統  007
1.4.2　基于嵌入式系統的鍋爐控制方案  009
1.4.3　基于嵌入式系統的網關實現方案  012

第2章　嵌入式系統硬件體系結構  015
2.1　硬件相關基礎知識  015
2.1.1　嵌入式微處理器  015
2.1.2　嵌入式微處理器的流水線技術  016
2.1.3　寄存器與存儲器  017
2.1.4　總線  019
2.1.5　I/O端口  022
2.1.6　中斷  023
2.1.7　數據編碼  024
2.2　嵌入式系統硬件平臺  025
2.2.1　嵌入式處理器  026
2.2.2　嵌入式系統中的存儲設備  026
2.2.3　JTAG接口  028
2.3　ARM 微處理器體系  029
2.3.1　ARM 體系結構  029
2.3.2　ARM 系列微處理器簡介  031
2.4　微處理器的結構  032
2.4.1　RISC體系結構和ARM 設計思想  032
2.4.2　ARM Cortex微處理器結構的最小系統設計  033
2.4.3　Cortex-A8核心開發板  033
2.4.4　Cortex-A8的GPIO端口  035

第3章　嵌入式系統架構  040
3.1　S3C44B0X處理器  040
3.1.1　功能模塊與總線結構  040
3.1.2　設備控制器  042
3.1.3　設備控制器設備側接口  043
3.1.4　設備控制器寄存器  043
3.2　嵌入式系統硬件結構  044
3.2.1　單總線結構  044
3.2.2　多總線結構  045
3.3　嵌入式系統軟件結構  047
3.3.1　單任務結構  048
3.3.2　多任務結構  051

第4章　嵌入式系統應用程序設計  053
4.1　可執行文件的產生  053
4.2　鏈接與裝入程序  055
4.2.1　程序在RAM 中時的鏈接與裝入程序  055
4.2.2　程序燒進Flash后的鏈接與裝入程序  056
4.3　啟動程序Bootloader  060
4.4　單任務應用程序  060
4.5　多任務應用程序  064 

第5章　嵌入式Linux程序開發基礎  067
5.1　嵌入式Linux編譯器  067
5.1.1　Linux下C語言編譯過程  067
5.1.2　GCC編譯器及基本使用方法  068
5.2　“文件包含” 處理  070
5.2.1　頭文件  070
5.2.2　“文件包含” 處理過程  070
5.3　make命令和Makefile工程管理  071
5.3.1　認識make  071
5.3.2　Makefile變量  074
5.3.3　Makefile規則  076
5.3.4　make命令的使用  077
5.4　嵌入式Linux匯編語言程序設計  077
5.4.1　嵌入式Linux匯編語言格式  078
5.4.2　嵌入式Linux匯編程序示例  079
5.4.3　編譯嵌入式Linux匯編程序  081
5.5　嵌入式Linux shell編程  081
5.5.1　shell的語法基礎  082
5.5.2　shell的流程控制語句  083
5.5.3　shell編程示例  084

第6章　嵌入式設備驅動程序設計  085
6.1　嵌入式設備驅動程序基礎  085
6.1.1　設備驅動程序概述  085
6.1.2　設備驅動程序的框架  088
6.1.3　設備驅動程序的動態加載過程  088
6.1.4　設備驅動程序的功能接口函數模塊  091
6.1.5　設備驅動程序的重要數據結構體  093
6.2　字符設備驅動程序設計  096
6.2.1　字符設備驅動程序  096
6.2.2　用戶調用設備驅動程序  100
6.3　簡單字符驅動程序設計示例  106
6.4　塊設備驅動程序設計  112
6.4.1　塊設備的基本概念  112
6.4.2　塊設備的驅動程序設計方法  113

第7章　設備驅動程序設計實例  118
7.1　鍵盤驅動程序的設計  118
7.1.1　鍵盤原理介紹  118
7.1.2　鍵盤驅動程序設計思路分析  120
7.1.3　鍵盤驅動程序設計  124
7.1.4　鍵盤用戶應用程序設計  128
7.1.5　編譯和運行鍵盤程序  129
7.2　直流電機驅動程序設計  130
7.2.1　直流電機控制電路設計  130
7.2.2　直流電機驅動程序  132
7.2.3　直流電機用戶應用程序  136
7.2.4　編譯和運行程序  138

參考文獻  140