本书共分8章，第1章介绍ARM体系架构，包括ARM架构及处理器的命名规则、系列分支及ARMv8体系架构基础知识；第2章介绍基于树莓派4B的开发环境搭建、开发过程及调试和仿真；第3章介绍ARMv8汇编的基础知识，包括执行机制、指令集等内容；第4章介绍ARM异常与中断机制，包括ARM异常系统概述、进入和退出异常处理程序和中断等概念；第5章介绍ARM存储系统，包括内存管理、地址转换、缓存策略等内容；第6章介绍嵌入式人工智能的发展、GPU的运行机制及人工智能芯片等相关技术；第7章以昇腾、鲲鹏、Harmony为例，介绍ARM架构产品及其操作系统；第8章通过覆铜板表面缺陷检测系统介绍基于树莓派4B的综合案例。

本书注重内容的可读性、系统性和前瞻性，安排了大量的实验内容和分析，让学生能从ARM结构处理器到人工智能芯片有深入的系统的认知，培养学生将所学理论知识转化为工程实际应用的能力。本书既可作为高等院校相关工科专业的教材，也可供相关工程技术人员参考。

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第1章 ARM体系架构

1.1 ARM架构介绍

1.1.1 ARM架构发展史

1.1.2 ARM规范

1.2 ARM架构及处理器命名规则

1.2.1 ARM架构命名规则

1.2.2 ARM处理器命名规则

1.3 ARM架构系列分支

1.3.1 A系列

1.3.2 R系列

1.3.3 M系列

1.3.4 SC系列

1.4 ARMv8体系架构基础知识

1.4.1 硬件资源

1.4.2 执行状态

1.4.3 异常等级

1.4.4 支持的数据类型

1.4.5 寄存器

1.4.6 指令集

1.5 ARM编程语言

习题

参考文献

第2章 开发环境搭建

2.1 树莓派4B硬件资源

2.1.1 BCM2711处理器

2.1.2 树莓派的GPIO引脚

2.2 C语言和汇编语言开发环境

2.2.1 实验前准备

2.2.2 串口调试

2.2.3 J-Link仿真器调试

2.2.4 程序编译流程

2.2.5 J-Link调试案例介绍

2.2.6 程序运行

2.3 Python开发环境

2.3.1 安装Raspberry Pi OS

2.3.2 登录Raspberry Pi OS

2.3.3 树莓派Python环境搭建

习题

参考文献

第3章 ARMv8汇编概述

3.1 执行机制

3.1.1 指令集

3.1.2 寻址模式

3.2 Load/Store指令

3.2.1 指令形式

3.2.2 寻址模式

3.2.3 双寄存器加载和存储

3.2.4 使用浮点寄存器加载（存储）

3.3 数据处理指令

3.3.1 数据传送与移位指令

3.3.2 算术与逻辑运算指令

3.3.3 位域操作与扩展指令

3.3.4 浮点指令

3.4 比较和跳转指令

3.4.1 比较指令

3.4.2 条件选择指令

3.4.3 跳转与返回指令

3.5 SIMD和NEON技术

3.6 实验

3.6.1 排序实验

3.6.2 RGB数值转换实验

习题

参考文献

第4章 ARM异常与中断机制

4.1 ARM异常系统概述

4.1.1 ARM处理的7种工作模式

4.1.2 异常类型

4.1.3 异常向量表

4.1.4 异常优先级

4.1.5 异常使用的寄存器

4.2 进入和退出异常处理程序

4.2.1 异常入口与异常返回

4.2.2 对异常中断的响应过程

4.2.3 从异常中断处理程序中返回

4.2.4 保护现场与恢复现场

4.3 中断——异常的一种

4.3.1 中断概述

4.3.2 中断引脚

4.3.3 中断控制器

4.3.4 中断处理过程

4.3.5 树莓派4B上的传统中断控制器

4.4 异常中断处理程序

4.4.1 程序中常用的C语言关键词

4.4.2 C语言实现异常中断处理

4.4.3 异常等级切换

4.4.4 树莓派4B中定时器的实现

习题

参考文献

第5章 ARM存储系统

5.1 内存管理概述

5.1.1 内存管理的发展

5.1.2 虚拟内存

5.1.3 虚拟内存系统架构

5.1.4 地址转换

5.2 ARM64内存管理

5.2.1 内存管理体系结构

5.2.2 TLB

5.2.3 页表

5.2.4 地址转换过程

5.2.5 内存类型及属性

5.2.6 内存控制寄存器

5.3 高速缓存

5.3.1 高速缓存基本结构

5.3.2 高速缓存地址映射方式

5.3.3 高速缓存分类

5.3.4 高速缓存策略

5.3.5 高速缓存属性

5.3.6 高速缓存控制寄存器

5.4 缓存一致性

5.4.1 缓存一致性分类

5.4.2 缓存一致性协议

5.4.3 存储一致性

5.5 实验

5.5.1 恒等映射

5.5.2 高速缓存自举

习题

参考文献

第6章 嵌入式人工智能

6.1 人工智能简述

6.1.1 人工智能的发展

6.1.2 机器学习

6.1.3 深度学习

6.2 图形处理器概述

6.2.1 GPU发展历程

6.2.2 GPU的功能

6.2.3 GPU的物理架构

6.2.4 GPU的运行机制

6.3 人工智能芯片

6.3.1 人工智能芯片的发展

6.3.2 FPGA芯片

6.3.3 ASIC芯片

习题

参考文献

第7章 ARM架构产品及其操作系统

7.1 国外ARM架构产品

7.1.1 Cortex-M55

7.1.2 Ethos-U55

7.2 昇腾

7.2.1 硬件架构概览

7.2.2 软件架构概览

7.2.3 昇腾处理器举例

7.3 鲲鹏

7.3.1 硬件架构概览

7.3.2 软件架构概览

7.3.3 鲲鹏处理器举例

7.4 Harmony操作系统

7.4.1 系统定义

7.4.2 系统架构

7.4.3 技术特性

7.4.4 OpenHarmony与其他操作系统的对比

习题

参考文献

第8章 基于树莓派4B的综合案例

8.1 覆铜板表面缺陷检测系统

8.2 缺陷分类方法

8.2.1 数据预处理

8.2.2 模型训练与评估

8.2.3 模型速度优化

8.3 基于树莓派4B的深度学习图像分类系统

8.3.1 树莓派环境安装

8.3.2 树莓派图像分类系统设计

8.3.3 多树莓派分布式分类系统

8.3.4 系统性能测试

习题

参考文献