ARM嵌入式系统原理及应用开发（第二版）_谭会生_9787560644189

本书将理论教学、实验教学和课程设计融为一体，以ARM微处理器S3C2410X/S3C2440X和Linux操作系统应用为核心，阐述ARM嵌入式系统原理及应用开发。全书共分为10章，内容分别为：嵌入式系统及应用开发概述、ARM嵌入式处理器体系结构、ARM嵌入式处理器指令系统、ARM嵌入式系统程序设计及调试基础、ARM嵌入式处理器及其应用编程、嵌入式Linux操作系统及应用、嵌入式系统的Boot Loader、ARM嵌入式系统设计开发实例、基于ARM开发工具的基础实验、Linux操作系统的综合应用实践。
本书取材广泛、内容新颖、观点鲜明、重点突出，既可作为高等院校电子工程、通信工程、自动化、计算机应用、仪器仪表等电子信息类及相近专业的本科生或研究生嵌入式系统课程及综合实践的教材，也适合作为ARM嵌入式系统的培训教材，还可供ARM嵌入式系统设计与开发人员参考使用。
★本书配有电子教案，有需要者可登录出版社网站免费下载。

如今，作为智能设备及终端产品的核心基础，嵌入式技术的应用已经渗透到社会工作与生活的各个领域，市场上最炫、最酷、最新的电子产品几乎都包含嵌入式系统，比如智能手机、智能手表、智能手环、Google眼镜、智能家居、智能机器人、无人驾驶汽车等，嵌入式技术的成熟与广泛应用，也进一步加速了物联网、智能硬件、移动互联网的产业化进程。在嵌入式微控制器/微处理器的发展中，发展最快的要数基于ARM内核的嵌入式微控制器/微处理器。自本世纪初基于ARM的嵌入式系统在我国开始应用之后，嵌入式系统经过四五年的使用与摸索后已进入一个空前快速发展的时期，它是本世纪出现的又一迅速发展，并有着广阔应用发展前景的新技术。社会对嵌入式系统方面大学毕业生的需求不断增加，薪资不菲，一般在1～2万元的相关专业培训亦如火如荼地开展着，嵌入式系统软硬件的开发，入行起薪高，特别是北上广深，从事嵌入式系统开发的本科毕业生起薪一般有
6000～8000元/月，而工作经验在1～2年的嵌入式工程师，薪水普遍在10000元/月以上。而随着工作年限的增加和实际开发能力的提高，薪资水平会有较大幅度甚至很大幅度的
提高。
承蒙读者的厚爱，本书自2012年3月出版后，不到一年即重印到6000册，得到兄弟院校使用老师的肯定和网上书店购物读者的积极评价。但经过作者本人的教学实践和兄弟院校的使用，发现了一些内容需进一步完善，同时随着嵌入式技术的快速发展，原来用于阐述典型嵌入式微处理器及应用编程的芯片S3C44B0X有些过时，需要及时更新，因此作者在总结自己10多年从事嵌入式研究与教学实践经验的基础上，对本书进行了修订。
1. 修订的指导思想
本书的修订原则：① 紧跟社会对ARM嵌入式系统设计与开发人才的需要，以实际从事ARM嵌入式系统设计与开发为目标，进行教材内容的组织、选择和优化；② 理论与实践紧密结合，尽可能全面地展现嵌入式系统的设计与开发全过程中的主要基础理论、开发环境和开发过程，尽可能将理论教学、实验教学和课程设计融为一体；③ 注重课堂教学和课后深化与扩展学习的需要，注重研究性和创新性的教学需要，注重研究体会的提炼和学习方法的指导，尽可能以点带面，触类旁通，提高嵌入式系统的实际应用开发能力。
2. 修订的主要内容
(1) 本次修订主要是以广泛使用的ARM微处理器S3C2410X/S3C2440X为核心，将原来的以ARM微处理器S3C44B0X为核心的第5章ARM嵌入式处理器及其应用编程全部进行了重写。该章首先介绍了几种典型的ARM嵌入式处理器的结构，其次介绍了ARM处理器的应用选择，接着阐述了ARM处理器内部组件控制的基本原理，最后详细地阐述了应用非常广泛的S3C2410X/S3C2440X微处理器的内部可编程组件及应用编程、外部接口电路的设计。
(2) 对第9章基于ARM开发工具的基础实验进行了补充完善，重点对第9.4节C语言程序组件应用实验PWM直流电机控制进行了补充完善。为了使读者对整个系统开发的程序组成和支撑硬件工作需包含的头文件、函数定义等内容有完整的认识，9.4节以图示的方式列出了整个系统的主程序及系统包含的头文件、函数定义等内容。
(3) 基于Windows XP VMware Workstation 6.5/32位Windows 7 VMware Workstation 10.0和广州天嵌计算机科技有限公司的TQ2440 3.5开发板硬件及配套的软件，将第10章Linux操作系统的综合应用实践进行了补充完善，特别是新增了LOGO图片修改的详细过程，进一步完善了Linux开发环境的构建及移植的操作总结。
3. 本书的主要特点
本书的主要特点：以ARM嵌入式系统的应用开发为主线，以ARM微处理器S3C2410X/S3C2440X和Linux操作系统的应用为核心，理论与实践紧密结合，理论教学、实验教学和课程设计融为一体，从ARM微处理器的硬件结构与原理、汇编语言和C语言的程序设计与调试、Linux开发环境的构建与移植三个方面来阐述嵌入式系统的原理与应用基础理论；从应用程序的设计与开发、ARM嵌入式系统基础实验、Linux操作系统的综合应用实践三个方面来阐述ARM嵌入式系统应用开发的实践；以多年从事VLSI设计的体会来讲解系统的硬件原理与软件设计；以Linux嵌入式系统开发环境的构建来搭建理论与实践结合的桥梁，以破解嵌入式系统学习的难点。本书既可作为高等院校电子工程、通信工程、自动化、计算机应用、仪器仪表等电子信息类及相近专业的本科生或研究生嵌入式系统课程及综合实践的教材，也非常适合作为ARM嵌入式系统的培训教材，还可供ARM嵌入式系统设计与开发人员参考使用。
在本书的修订出版过程中，湖南工业大学副校长、博士生导师张昌凡教授，副校长、博士生导师金继承教授，湖南工业大学教务处、交通工程学院和电气与信息工程学院的领导以及嵌入式系统课程组的任课老师，西安电子科技大学出版社的领导和马晓娟编辑等给予了大力支持与关心，在此一并表示衷心的感谢！湖南工业大学电气与信息工程学院欧阳洪波老师参与了一些程序的调试，2015级研究生廖雯、申彦垒、黎敦科、张振、朱鹏涛等同学进行了部分文稿的录入、插图的绘制等工作，在此表示真诚的谢意！同时，在这里我还要特别感谢使用本书的老师和读者，是你们的厚爱和鼓励，促使我披荆斩棘，一路摸索前行，也促进和推动着我国嵌入式系统的广泛应用与快速发展。
本书虽然是第二版，但这次修改篇幅达40%左右，特别是第5章ARM嵌入式处理器及其应用编程，以广泛使用的ARM微处理器S3C2410X/S3C2440X为核心进行了重新编著。同时ARM嵌入式系统的设计与开发技术是一门发展非常迅速、综合性非常强、设计开发平台非常多、实践操作性非常强、应用领域非常广泛的新技术，所以很多问题有待于进一步去研究与探讨，加上作者水平有限，书中难免存在疏漏、不妥甚至错误之处，敬请读者批评指正。

第1章嵌入式系统及应用开发概述 1
1.1 嵌入式系统的定义及特点 1
1.1.1 嵌入式系统的定义 1
1.1.2 嵌入式系统的特点 2
1.2 嵌入式系统的发展及应用 3
1.2.1 嵌入式系统的发展 3
1.2.2 嵌入式系统的应用 5
1.3 嵌入式系统的总体组成 5
1.3.1 嵌入式系统的硬件 6
1.3.2 嵌入式系统的软件 7
1.4 常用的嵌入式处理器 8
1.4.1 嵌入式处理器的种类 8
1.4.2 典型ARM微处理器系列 9
1.5 常用的嵌入式操作系统 16
1.5.1 嵌入式操作系统及其特点 16
1.5.2 几种常用嵌入式操作系统 16
1.6 嵌入式系统的设计方法 18
1.6.1 嵌入式系统的总体考虑 18
1.6.2 嵌入式系统的设计步骤 19
1.6.3 嵌入式系统的设计方法 20
1.7 嵌入式系统的应用开发 22
1.7.1 嵌入式系统的开发环境 22
1.7.2 嵌入式系统的调试工具 22
1.7.3 嵌入式系统的应用模式 23
1.7.4 嵌入式应用软件的开发 24
1.8 嵌入式系统的学习探讨 25
1.8.1 嵌入式系统的学习内容 25
1.8.2 嵌入式系统的学习条件 26
1.8.3 嵌入式系统的学习方法 27
习题1 29
第2章 ARM嵌入式处理器体系结构 30
2.1 嵌入式处理器内核种类 30
2.2 ARM体系结构概述 31
2.2.1 ARM体系结构的发展 31
2.2.2 ARM体系结构的技术特征 33
2.2.3 ARM处理器的工作状态与
工作模式 33
2.2.4 ARM处理器的寄存器组 35
2.2.5 ARM处理器的异常中断 37
2.2.6 ARM的存储器格式及数据类型 42
2.3 ARM流水线技术 43
2.3.1 流水线电路设计基础知识 43
2.3.2 微处理器指令流水线处理 44
2.3.3 ARM的3级指令流水线 45
2.3.4 ARM的5级指令流水线 46
2.4 ARM处理器内核结构 46
2.4.1 ARM 处理器内核概述 46
2.4.2 ARM7TDMI处理器内核 47
2.4.3 ARM7TDMI存储器接口 50
2.4.4 ARM7TDMI的调试接口 52
2.4.5 ARM920T处理器核 54
2.4.6 AMBA总线体系结构 55
2.4.7 ARM的MMU部件 56
习题2 62
第3章 ARM嵌入式处理器指令系统 64
3.1 ARM指令分类及指令格式 64
3.1.1 ARM指令分类 64
3.1.2 ARM指令格式 65
3.1.3 ARM指令中的操作数符号 67
3.1.4 ARM指令中的移位操作 67
3.2 ARM指令的寻址方式 69
3.3 ARM指令集 73
3.3.1 数据处理类指令 73
3.3.2 程序状态寄存器访问指令 78
3.3.3 程序分支指令 79
3.3.4 加载/存储指令 80
3.3.5 协处理器指令 83
3.3.6 异常中断指令 85
3.4 Thumb指令集 85
3.4.1 数据处理类指令 86
3.4.2 程序分支指令 87
3.4.3 加载/存储指令 88
3.4.4 异常中断指令 89
习题3 90
第4章 ARM嵌入式系统程序设计及
调试基础 91
4.1 ARM嵌入式汇编语言程序
设计基础 91
4.1.1 ARM汇编器支持的伪指令 91
4.1.2 ARM汇编语言的语句格式 100
4.1.3 ARM汇编语言的程序结构 103
4.2 ARM嵌入式C语言程序设计基础 104
4.2.1 嵌入式C语言程序设计基础 105
4.2.2 嵌入式C语言程序设计结构 110
4.2.3 嵌入式C语言程序设计技巧 111
4.3 ARM汇编语言与C/C 的混合编程 112
4.3.1 ATPCS过程调用规范概述 112
4.3.2 汇编语言与C/C 的混合编程 115
4.4 ARM ADS集成开发环境的使用 117
4.4.1 ADS 集成开发环境简介 117
4.4.2 Code Warrior的使用方法 118
4.4.3 用AXD 调试器进行代码调试 125
4.5 Embest IDE集成开发环境的使用 129
4.5.1 Embest IDE集成开发环境简介 129
4.5.2 Embest IDE的使用方法 130
习题4 132
第5章 ARM嵌入式处理器及其
应用编程 133
5.1 几种典型ARM嵌入式处理器
结构概述 133
5.1.1 S3C44B0X嵌入式微处理器的
体系结构 133
5.1.2 S3C2410X/S3C2440X嵌入式微
处理器的体系结构 134
5.1.3 LPC2000嵌入式微控制器的
体系结构 140

5.1.4 XScale嵌入式微处理器PXA250的
体系结构 141
5.2 ARM处理器芯片的应用选择 143
5.2.1 ARM处理器芯片的选择原则 143
5.2.2 ARM处理器芯片主要供应商 146
5.2.3 ARM处理器芯片的选择实例 146
5.3 ARM处理器内部组件及外围器件控制的
基本原理 147
5.3.1 微处理器中控制寄存器的
定义举例 147
5.3.2 微处理器中控制寄存器的
含义及作用 149
5.3.3 微处理器中控制寄存器的
初始化方法 149
5.4 S3C2410X/S3C2440X存储控制类组件及
应用编程 151
5.4.1 存储器控制器组件及应用编程 151
5.4.2 SDRAM存储器接口 156
5.4.3 Nand Flash存储器接口 158
5.4.4 Nor Flash存储器接口 161
5.5 S3C2410X/ S3C2440X输入/输出类组件及
应用编程 162
5.5.1 输入/输出端口组件及应用 162
5.5.2 LCD控制组件及应用 173
5.6 S3C2410X/ S3C2440X中断控制组件及
应用编程 185
5.6.1　中断控制组件的定义 185
5.6.2 中断系统的应用编程 192
5.7 S3C2410X/S3C2440X计数/定时类PWM
组件及应用编程 194
5.7.1 PWM组件的组成结构 194
5.7.2 PWM组件的应用编程 201
5.8 S3C2410X/ S3C2440X通信控制类组件及
应用编程 203
5.8.1 UART组件及应用编程 203
5.8.2　SPI组件及应用编程 212
5.9 S3C2410X/ S3C2440X总线接口类组件及
应用编程 217
5.9.1 I2C总线组件及应用编程 217
5.9.2 I2S总线组件及应用编程 223
5.10 S3C2410X/ S3C2440X ADC组件及
应用编程 230
5.10.1 模数转换ADC组件 230
5.10.2 ADC组件的应用编程 233
5.11 S3C2410X/ S3C2440X触摸屏组件及
其应用编程 234
5.11.1 触摸屏组件的构成 234
5.11.2 触摸屏组件的编程 238
5.12 S3C2410X/S3C2440X嵌入式微处理器
外部接口电路设计 243
5.12.1 电源模块的设计 243
5.12.2 时钟模块的设计 245
5.12.3 复位电路的设计 246
5.12.4 USB接口电路的设计 247
5.12.5 UART接口电路的设计 248
5.12.6 JTAG接口电路设计 250
习题5 250
第6章嵌入式Linux操作
系统及应用 252
6.1 嵌入式Linux操作系统概述 252
6.1.1 常用嵌入式Linux系统 252
6.1.2 嵌入式Linux系统内核 253
6.1.3 嵌入式Linux的文件系统 257
6.1.4 嵌入式Linux的开发步骤 259
6.2 嵌入式Linux的常用命令 260
6.2.1 登录与退出命令 261
6.2.2 文件操作命令 262
6.2.3 目录操作命令 263
6.2.4 文本操作命令 264
6.2.5 压缩与备份命令 265
6.2.6 用户相关命令 267
6.2.7 磁盘管理命令 268
6.2.8 权限管理命令 269
6.2.9 其他操作命令 271
6.3 嵌入式Linux开发环境的构建 272
6.3.1 操作系统的安装 272
6.3.2 开发环境的配置 273
6.3.3 交叉编译环境构建 274
6.3.4 Makefile和Make 277
6.3.5 镜像文件的烧写 279
6.4 嵌入式Linux内核的移植 280
6.4.1 移植内核准备工作 281
6.4.2 修改Linux源码参数 281
6.4.3 配置Linux内核 281
6.4.4 编译Linux内核 283
6.4.5 烧写镜像到开发板 283
习题6 283
第7章嵌入式系统的Boot Loader 284
7.1 Boot Loader概述 284
7.1.1 Boot Loader的作用和任务 284
7.1.2 常用嵌入式Boot Loader介绍 285
7.2 Boot Loader与嵌入式系统的关系 287
7.2.1 Boot Loader的操作模式 287
7.2.2 Boot Loader的总体设计 288
7.3 Boot Loader的主要功能及典型结构 289
7.3.1 Boot Loader的阶段1 289
7.3.2 Boot Loader的阶段2 291
7.4 S3C44B0X的Boot Loader分析 292
7.5 U-Boot启动流程及相关代码分析 294
7.5.1 U-Boot启动流程 294
7.5.2 U-Boot代码分析 295
习题7 305
第8章 ARM嵌入式系统设计
开发实例 306
8.1 基于ARM C/OS-Ⅱ的嵌入式磨削
数控系统的设计 306
8.1.1 前言 306
8.1.2 系统硬件设计 306
8.1.3 系统软件设计 308
8.1.4 结论 310
8.2 基于ARM Linux的现代化超市电子
购物系统的设计 310
8.2.1 前言 310
8.2.2 系统总体设计 311
8.2.3 移动购物终端硬件设计 312
8.2.4 移动购物终端软件设计 313
8.2.5 移动购物服务器端设计 315
8.2.6 系统设计开发调试结果 315
8.2.7 结论 317
8.3 基于ARM Linux的嵌入式数控磨床
控制系统的设计 317
8.3.1 前言 317
8.3.2 系统总体设计 317
8.3.3 系统硬件设计 317
8.3.4 系统软件设计 320
8.3.5 系统设计开发调试结果 322
8.3.6 结论 324
第9章基于ARM开发工具的
基础实验 325
9.1 ARM汇编指令使用实验
基本数学/逻辑运算 325
9.2 ARM汇编指令使用实验
存储区数据块的传送 328
9.3 汇编语言与C语言的相互调用实验
随机数发生器 330
9.4 C语言程序组件应用实验
PWM直流电机控制 333
第10章 Linux操作系统的综合
应用实践 346
10.1 Linux操作系统的安装及设置 346
10.1.1 VMware虚拟机的安装 346
10.1.2 Linux操作系统的安装 347
10.1.3 Linux操作系统的设置 350
10.2 Linux开发环境的构建及移植 351
10.2.1 系统工具安装的准备 352
10.2.2 交叉编译器的安装 354
10.2.3 U-Boot的配置与编译 355
10.2.4 Linux内核的配置与编译 356
10.2.5 实用工具Busybox的安装 361
10.2.6 apps的安装过程 363
10.2.7 GUI工具包Qt的安装 364
10.2.8 Linux移植镜像的下载 366
10.2.9 Linux开发环境的构建及
移植总结 370
10.3 Linux操作系统Qt的使用 370
10.3.1 Qt/Embedded程序设计基础 370
10.3.2 使用Qt制作应用程序 372
10.3.3 Qt应用程序的编译与移植 379
参考文献 382

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