根据嵌入式系统的特点，对嵌入式系统的基础知识、工作原理与典型的应用设计等方面进行了介绍。作者根据长期的嵌入式系统开发经验，从嵌入式系统研发人员的角度，分析嵌入式系统设计需要掌握的理论知识、设计方法及步骤，介绍了嵌入式系统的基本组成，从底层到应用层各个典型模块的设计，将理论知识和实际对象充分结合起来，形成了一个完整的嵌入式系统。其主要内容包括：嵌入式系统软硬件基础知识、嵌入式系统开发基础、ARMCortexM３内核体系结构、基于STM３２F１０３VET６的典型的外设模块硬件/驱动程序设计、嵌入式操作系统基础、μC/OSII操作系统的应用及移植等部分。
《嵌入式系统原理及应用实例》既可以作为高等院校计算机、电子类、自动化及控制类大学本科高年级学生的教材，也可以作为非计算机类硕士研究生与嵌入式系统设计工程技术人员的重要参考书。
第1章 嵌入式系统概论
1．1 嵌入式系统简介
1．1．1 嵌入式系统的历史
1．1．2 嵌入式系统的定义
1．1．3 嵌入式系统的特点
1．2 嵌入式系统的分类
1．2．1 嵌入式系统的实时性分类
1．2．2 嵌入式系统的应用领域分类
1．3 嵌入式系统的发展现状和发展趋势
1．3．1 嵌入式系统的发展现状
1．3．2 嵌入式系统的发展趋势
习题1
第2章 嵌入式系统的基础知识
2．1 嵌入式系统的基本结构
2．1．1 硬件层
2．1．2 中间层
2．1．3 软件层
2．1．4 应用层
2．2 嵌入式系统硬件基础
2．2．1 嵌入式微处理器基本知识
2．2．2 存储器系统
2．2．3 输入/输出接口
2．3 嵌入式系统软件基础
2．3．1 嵌入式软件分类及特点
2．3．2 嵌入式软件体系结构
2．4 嵌入式系统中断与系统启动
2．4．1 中断基础知识
2．4．2 BootLoader基础
习题2
第3章 嵌入式系统开发基础
3．1 嵌入式系统硬件平台
3．1．1 嵌入式处理器分类
3．1．2 常见的嵌入式处理器
3．2 嵌入式软件平台
3．2．1 常用嵌入式操作系统
3．2．2 嵌入式文件系统
3．2．3 嵌入式图形用户接口
3．3 嵌入式系统开发技术
3．3．1 嵌入式系统的设计流程
3．3．2 嵌入式系统的硬件/软件协同设计技术
3．3．3 嵌入式系统的可重构设计技术
3．3．4 嵌入式中间件技术
3．4 嵌入式系统开发与调试基础
3．4．1 嵌入式代码生成流程
3．4．2 嵌入式软件代码结构分析
3．4．3 嵌入式软件调试方法
习题3
第4章 ARM Cortex M3处理器体系结构
4．1 ARM 处理器的发展历程
4．2 Cortex M3处理器体系结构
4．2．1 Cortex M3体系结构简介
4．2．2 Cortex M3异常管理
4．2．3 Cortex M3复位异常
习题4
第5章 嵌入式系统常用外设驱动编程实例
5．1 STM32F103VET6简介
5．1．1 STM32F103VET6概述
5．1．2 引脚概述
5．2 GPIO应用实例---LED模块设计
5．2．1 GPIO简介
5．2．2 GPIO寄存器描述
5．2．3 基于GPIO的LED灯控制
5．3 STM32外部中断及键盘应用实例
5．3．1 STM32外部中断简介
5．3．2 嵌入式键盘工作原理
5．3．3 基于中断的键盘应用实例
5．4 STM32UART串口应用实例
5．4．1 异步串行通信概述
5．4．2 STM32UART串口简介
5．4．3 STM32UART应用实例
5．5 DMA 及A/D转换器应用实例
5．5．1 DMA 工作原理
5．5．2 STM32的DMA 控制器
5．5．3 A/D转换器原理
5．5．4 STM32A/D转换器介绍
5．5．5 STM32A/D转换器应用实例
5．6 LCD应用实例
5．6．1 LCD工作原理
5．6．2 TFT型LCD显示屏及接口简介
5．6．3 TFT型LCD应用实例
5．7 SPI总线及触摸屏应用实例
5．7．1 触摸屏原理及有关技术
5．7．2 触摸屏驱动芯片ADS7843简介
5．7．3 SPI总线工作原理
5．7．4 STM32SPI简介
5．7．5 触摸屏应用实例
习题5
第6章 嵌入式操作系统基础知识
6．1 操作系统基础知识
6．1．1 操作系统的基本概念
6．1．2 操作系统的主要功能
6．1．3 操作系统的分类
6．2 嵌入式操作系统
6．2．1 嵌入式操作系统的特点
6．2．2 实时操作系统的基本概念
6．3 任务间互斥、同步与通信
6．3．1 任务的互斥
6．3．2 任务的同步
6．3．3 任务间的通信
习题6
第7章 嵌入式实时操作系统μC/OS II
7．1 μC/OS II内核结构
7．1．1 μC/OS II组成及功能
7．1．2 μC/OS II内核结构概述
7．2 μC/OS II任务管理
7．2．1 μC/OS II系统任务管理
7．2．2 μC/OS II用户任务管理
7．3 μC/OS II时间管理
7．3．1 μC/OS II时钟节拍管理
7．3．2 μC/OS II软件定时器管理
7．4 μC/OS II任务同步
7．4．1 μC/OS II信号量
7．4．2 μC/OS II事件标志组
7．5 μC/OS II任务通信
7．5．1 μC/OS II消息邮箱
7．5．2 μC/OS II消息队列
7．6 μC/OS II任务互斥
7．6．1 μC/OS II互斥原理
7．6．2 μC/OS II互斥信号量
习题7
第8章 μC/OS II操作系统的应用及移植
8．1 μC/OS II应用基础
8．1．1 任务划分
8．1．2 μC/OS II任务堆栈的设置
8．1．3 任务的执行分类及优先级设置
8．2 μC/OS II应用编程举例
8．2．1 μC/OS II同步信号量应用实例
8．2．2 μC/OS II消息邮箱通信应用实例
8．2．3 μC/OS II互斥信号量应用实例
8．2．4 μC/OS II事件标志组应用实例
8．2．5 μC/OS II定时器应用实例
8．3 操作系统移植
8．3．1 μC/OS II移植基础知识
8．3．2 μC/OS II在STM32F103上的移植实现
习题8
第9章 智能家居监测控制系统实例
9．1 需求分析
9．2 总体设计
9．3 系统硬件设计
9．3．1 家居控制器最小系统设计
9．3．2 电源电路设计
9．3．3 通信电路设计
9．3．4 显示模块电路
9．3．5 数据采集模块电路
9．4 系统软件设计
9．4．1 主程序设计
9．4．2 报警任务
9．4．3 GSM 短信查询控制任务
9．4．4 信息采集任务
9．4．5 其他函数说明
9．5 系统验证
习题9
参考文献
嵌入式系统在工业生产控制、智能仪表、信息家电、网络通信、医疗仪器、国防科技、智能机器人等领域中都有着广泛的应用.社会对嵌入式系统设计方面人才的需求量也越来越大.许多高校开设了嵌入式系统设计的相关课程,社会上也有许多嵌入式系统设计方面的培训班.但是关于嵌入式系统设计的参考书大多针对某一型号的处理器或操作系统进行详细讲解,而没有讲解相应的嵌入式系统基础知识,就像产品说明书,读者只知道怎么用,而不知道为什么这样用;或者是只针对嵌入式理论知识进行说明、分析,而没有一个具体的对象,让读者感觉像空中楼阁.这些参考书对于初学者来说,很难真正系统掌握嵌入式系统方面的知识;在设计时,难以设计出一个优秀的嵌入式系统产品,从而也限制了行业的发展.
针对这一情况,作者根据多年从事嵌入式系统设计方面的科研及教学经验,结合嵌入式系统理论知识,编著了本书.本书主要针对非计算机专业学生进行设计,在内容的选择上,采用理论与具体对象相结合的原则,采用嵌入式控制领域应用广泛的Cortex M3处理器STM32和典型的接口及总线作为硬件对象,分析讲解Cortex M3处理器的结构、工作模式、中断处理、系统启动等原理及过程;然后针对控制领域对操作系统的应用需求,选择编程简单但功能齐全的μC/OS II操作系统作为主要内容,系统分析介绍了该操作系统的工作原理、应用及移植.本书系统讲解了嵌入式系统理论知识及硬件设计、系统启动与中断处理、底层驱动编程、操作系统概念及应用等知识,让读者能将理论知识和具体对象结合起来,真正系统理解和掌握嵌入式系统的软/硬件知识;以“从总体到具体”、“从底层到上层”的顺序进行内容安排,更符合人的思维习惯.因此,本书可以作为高校有关专业本科高年级嵌入式系统设计相关课程的教材,也可作为嵌入式系统设计工程师的重要参考书.
本书共9章,第1章主要介绍嵌入式系统的概念、应用与发展.第2章主要介绍嵌入式系统构架、组成、硬件/软件基础知识以及嵌入式系统设计方法等内容.第3章主要讲解嵌入式系统的开发基础,主要分析了嵌入式系统的基本组成,常见的微处理器和操作系统的特点及应用领域,嵌入式软件开发调试方法,以及嵌入式系统平台构建的注意事项等.第4章重点讲述ARM Cortex系列处理器的结构、工作模式、指令、开发环境等内容.第5章重点分析STM32F103处理器的引脚与接口配置,然后对STM32F103处理器的中断、系统启动、常用接口及外设工作原理、接口电路及驱动程序编写进行讲解.第6章对嵌入式操作系统的概念、内核结构和功能进行讲解,重点讲解嵌入式操作系统任务、调度、通信与同步的工作原理.第7章对μC/OS II操作系统的内核构架进行分析,重点分析该操作系统的内核任务管理、通信与同步机制和API函数.第8章是μC/OS II的应用举例,主要对通信、同步、互斥、事件标志组、软件定时器等应用进行实例设计分析,然后讲述如何在STM32F103上移植μC/OS II操作系统.第9章以智能家居系统为例,采用STM32F103处理器和μC/OS II操作系统进行智能家居控制器设计.该章系统介绍整个嵌入式系统的开发过程.
本书第1、2、3、4章由曾素华负责完成,第5、6、7、8章由蒋建春负责完成,第9章由陈家佳负责完成,全书由蒋建春负责统稿.参与编写的人员还有岑明、李勇、吕霞付、谢昊飞等,在这里对他们表示感谢.同时还要感谢邓露和王开龙、陈慧玲、景艳梅、蒋丽等同学为本书的付出.感谢胡向东教授和余成波教授对本书的评阅和提出的宝贵意见.
同时,本书的应用实例都是采用典型的应用进行编排说明,并把每章应用实例完整的工程文件通过邮箱:goodtextbook＠126．com 提供给读者,便于读者进行验证学习.当然,任何一本书都不可能囊括所有内容,本书力争做到合理安排内容与顺序,引导读者进入嵌入式系统领域,让读者能循序渐进地系统掌握嵌入式系统的相关知识,同时也注重实例的典型性和实用性.希望本书对读者的嵌入式系统开发能有所帮助.
本书中也引用了参考文献中的一些信息,正是这些优秀的作品为作者提供了丰富的知识,从而使本书内容更加充实.在此对这些作者表示感谢! 由于时间仓促,加之水平有限,书中难免会有一些错误和不妥之处,敬请读者批评指正.
作 者
2015年5月
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