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位置:首页 图书分类 ARM  
ARM嵌入式技术原理与应用——基于XScale处理器及VxWorks操作系统 [单片机与嵌入式系统 ┈→ ARM]
 
定价:39元
作者:刘尚军 张志兵
书号:978-7-81124-206-5
配盘:无盘
丛书名:
出版日期:200709
开本:787×960 1/16开
字数:599千字
点击次数:10955 次
内容简介
    本书是《ARM嵌入式技术系列教程》的理论教程,以采用XScale处理器的CVTPXA270教学实验系统为硬件平台,围绕VxWorks操作系统安排基础知识内容,并安排了大量的实验。基础知识包括: ARM嵌入式开发模式和基本开发流程,ARM体系结构,ARM系统硬件设计, VxWorks软件开发流程,VxWorks  BSP的移植过程,VxWorks驱动程序、应用程序以及图形用户界面的编写方法等。实验包括: VxWorks软件仿真, VxWorks系统移植及内核定制,BSP调试,VxWorks应用程序、驱动程序编程,中断编程,WindML基本绘图,WindML视窗应用程序等。最后介绍了嵌入式系统的综合设计方法,包括GPS车辆跟踪系统和ZIGBEE无线对等网络的硬件和软件的实现方法。本书可作为高等院校计算机、电子、电信等专业的师生进行嵌入式系统教学的理论和实践教材。

前言
    随着嵌入式技术的普及,嵌入式技术的教学实践课程被越来越多的高等院校列为计算机、电子、电信等专业的基础课程。嵌入式技术融合了计算机软/硬件技术、通信技术和半导体微电子技术,覆盖面非常广,这便造成嵌入式教学过程中课程设置的一些障碍。从2003年开始,国内陆续有多个厂家推出了各种型号的嵌入式技术教学的实验设备和教材,形成了以32位ARM微处理器为核心,包含硬件接口、接口编程实验、操作系统实验等的教学格局。其中,ARM微处理器依据性能从ARM7、ARM9到XScale系列(ARM7多采用三星公司的S3C44B0处理器,ARM9多采用三星公司的S3C2410处理器,Intel XScale则采用高端的PXA270处理器),形成了低、中、高3个不同的档次。操作系统实验在嵌入式技术的教学中是一个非常重要的方向,目前各个公司提供的能够应用于教学的操作系统非常多,包括VxWorks、Linux、Windows CE和μC/OSII等,由于课时限制,对于操作系统的教学必须有选择地进行,而如何选择操作系统则是目前教学过程中的一个重要问题。从目前的应用情况看,笔者认为必须根据不同的专业方向及学生的基础进行选择。Linux是一个非常有潜力的操作系统,其开源的特点受到越来越多人的追捧,但是它对学生的基础要求比较高,必须掌握C语言以及PC机上Linux操作系统的基本操作。这对于已经开始相关基础课程的计算机专业学生是一个比较好的选择,而对于其他专业的学生课程开设难度比较大。Windows CE则以Microsoft一贯的人机界面优势在手持设备中占有一席之地,适合于偏向人机界面及其上层应用软件教学的相关课程;但是,对于偏向于实时系统及工业数据采集和控制等方向的课程,如果选择Windows CE则不是一个明智的选择。μC/OSII刚刚被国人接受的时候确实被许多人选择作为学习嵌入式操作系统原理的理想平台,课程开设难度较低;但是随着应用的深入,其有限的功能、开发环境不统一以及很少的成功案例制约了它在嵌入式技术教学中的进一步推广。目前μC/OSII主要被应用于计算机专业讲授操作系统原理。VxWorks 以优良的实时性能、友好的集成开发环境已经在国内外嵌入式领域被广泛采用,也越来越多地被众多高等院校采纳作为嵌入式技术教学的首选操作系统,是目前学生就业的一个重要方向。它非常适合面向计算机、电子、电信等专业学生开设相关课程。由于它具有Windows下的友好的集成开发环境,因此课程开设难度很低。目前美国风河系统公司正在国内进行推广VxWorks的大学计划,并授权武汉创维特信息技术有限公司在中国境内进行全面推广工作。本书是《ARM嵌入式技术系列教程》的最后一本,也是嵌入式技术的理论和实践相结合的教材。它采用Intel XScale 系列处理器,全书可结合武汉创维特信息技术有限公司的CVTPXA270系列教学实验系统进行实验,部分内容也可以直接采用软件仿真方式进行。本书共分10章,各章内容介绍如下:第1章介绍嵌入式系统的基础知识,内容包括嵌入式系统的基本概念、发展历程、ARM微处理器、嵌入式操作系统及其应用领域和嵌入式系统的未来发展趋势。第2章介绍ARM嵌入式开发模式和基本开发流程,是刚接触ARM的读者必读的内容。第3章简单介绍ARM体系结构的相关知识,并安排了简单的实验以加深读者的印象。对于刚接触ARM的读者建议先从该章开始,如果需要进一步深入地了解ARM体系结构知识,请参考ARM相关的数据手册。第4章以CVTPXA270教学实验系统为例介绍了ARM系统的硬件设计方法,后续章节的许多硬件相关的内容都与该章节有关。在4.2节详细列举了CVTPXA270的地址分配信息、扩展接口定义、I/O定义和GPIO定义等硬件资源,供后续章节阅读时查阅,也可以给在CVTPXA270上进行二次开发的读者提供参考。第5章介绍VxWorks的软件开发流程。首先简单介绍了其集成开发环境Tornado,然后以实验的方式介绍了如何在Tornado中进行软件仿真,最后介绍了在CVTPXA270教学实验系统中进行系统移植及内核定义和应用程序编程的过程。对于有CVTPXA270教学实验系统的读者,可以依次进行实验;如果没有该设备,也可根据5.2节内容学习VxWorks的软件开发流程。本章是VxWorks操作系统的基础知识,在阅读后续章节之前必须充分理解本章的内容。第6章介绍VxWorks BSP的移植过程。在6.4节安排了相关实验,该实验必须有第5章的基础。第7章介绍VxWorks驱动程序的编写方法,包括字符设备、块设备、串口设备、网络设备等的驱动编写方法以及文件系统。本章安排了众多实验,建议在学习过程中多进行实践操作,这些实验必须有第5章的基础。第8章介绍VxWorks应用程序的设计方法,包括任务管理、任务通信、看门狗定时器管理、任务间通信和同步、中断管理、网络通信等内容。其中安排了众多实验,建议在学习过程中多进行实践操作,这些实验必须有第5章的基础。第9章介绍VxWorks图形用户界面的设计方法,详细分析了WindML驱动程序和应用程序的编程方法。其中安排了众多实验,建议在学习过程中多进行实践操作,这些实验必须有第5章的基础。第10章以GPS车辆跟踪系统和ZIGBEE无线对等网络为例介绍了嵌入式系统的综合设计方法,包括硬件和软件实现。该方法适合于相关课程设计和毕业设计。阅读本书之前要求读者具有一定的C语言基础,如果有一定的接口技术或者单片机技术的基础,则能更加容易理解。如果从来没有接触过ARM或者嵌入式技术,建议从第1章开始按顺序阅读;如果有一定的ARM嵌入式技术基础而只是想了解VxWorks相关内容,建议首先仔细阅读第5章内容,并按照该章的内容进行实验,然后再阅读第6~9章的内容。在阅读过程中,尽量通过实践验证,对于驱动部分请结合第4章硬件原理图进行理解。书中的实验有许多是必须在CVTPXA270教学实验系统上进行的,但是如果没有目标硬件,5.3节以及第8章的多数实验也可在VxSim模拟器上运行,而不需要目标硬件。由于嵌入式技术知识比较新,有许多英文词汇的翻译并没有被统一起来,因此,在本书的编写过程中,对于这些词汇采用中文和英文相结合的方式,以中文为主,在中文后的括号内标注其英文或英文简写。本文遵从如下书写格式:1. 重点标识的提示信息在本书中,笔者将研发过程以及教学实践过程中的一些经验和知识点以下面的形式标识出来。例如:由于时间仓促,书中难免出现错误以及用词不当的地方,恳请同行批评指正。2. uboot提示信息uboot启动后在DNW超级终端中打印的信息和从DNW接收的输入信息以下面的格式表示,其中“CVTPXA270 #”为uboot命令行提示符号,其后的黑斜体字为用户在DNW中输入的命令。CVTPXA270 #tftp a0010000 vxworks.bin3. VxWorks WindSh和控制台提示信息VxWorks启动后在WindSh或DNW超级终端中打印的信息和接收的输入信息以下面的格式表示,其中“->”为VxWorks命令行提示符号,其后的黑斜体字为用户在WindSh或DNW超级终端中输入的命令,如果没有特殊声明,则缺省为从WindSh接收的输入命令。-> c:\win[Ctrl+D]参与本书编写工作的有: 武汉创维特信息技术有限公司的刘尚军、刘铁刚、杨磊,武汉科技大学信息科学与工程学院的赵敏,江西财经大学软件学院的张志兵和曹重华,中山职业技术学院的隋明祥。由于编者水平有限,加之时间仓促,书中难免存在不足之处,敬请读者谅解,并真诚欢迎读者及同行提出宝贵的意见和建议。
编者
2007年6月

目录
第1章  ARM嵌入式系统基础
11.1 嵌入式系统的基本概念
11.2 嵌入式系统的发展历程2
1.3 ARM微处理器4
1.4 嵌入式操作系统5
1.4.1 常用嵌入式操作系统6
1.4.2 嵌入式操作系统的实时性10
1.5 嵌入式系统的应用领域11
1.6 嵌入式系统的未来发展趋势13
第2章  ARM嵌入式开发模式和基本开发流程15
2.1 ARM嵌入式开发模式15
2.1.1 在线仿真模式16
2.1.2 驻留监控模式17
2.2 ARM嵌入式开发流程18
2.2.1 需求分析18
2.2.2 硬件设计、调试20
2.2.3 系统移植20
2.2.4 应用程序设计调试27
2.3 ARM嵌入式系统控制界面28
第3章  ARM体系结构30
3.1 ARM微处理器结构30
3.1.1 RISC体系结构30
3.1.2 ARM微处理器的寄存器结构31
3.1.3 ARM微处理器的指令结构31
3.2 ARM微处理器的工作状态32
3.3 ARM体系结构的存储器格式32
3.4 指令长度及数据类型33
3.5 处理器模式33
3.6 寄存器组织33
3.6.1 ARM状态下的寄存器组织34
3.6.2 Thumb状态下的寄存器组织36
3.6.3 程序状态寄存器37
3.7 异常39
3.7.1 ARM体系结构所支持的异常类型39
3.7.2 对异常的响应40
3.7.3 从异常返回40
3.7.4 各类异常的具体描述41
3.7.5 异常向量表42
3.8 ARM汇编语言程序设计43
3.8.1 ARM指令的分类与格式43
3.8.2 指令的条件域44
3.8.3 ARM 指令的寻址方式44
3.8.4 ARM指令集47
3.8.5 Thumb 指令及应用63
3.9 C语言与汇编语言混合编程实验64
第4章  ARM系统硬件设计67
4.1 PXA270微处理器简介67
4.2 CVTPXA270硬件资源简介70
4.3 ARM最小系统设计76
4.3.1 电源电路77
4.3.2 时钟电路78
4.3.3 复位电路79
4.3.4 存储器电路79
4.3.5 JTAG调试接口电路81
4.4 PXA270片内接口电路设计81
4.4.1 GPIO接口电路81
4.4.2 外部中断接口电路82
4.4.3 UART异步串行接口电路83
4.4.4 LCD显示接口电路83
4.4.5 I2C接口电路84
4.4.6 PCMCIA/CF接口电路85
4.5 PXA270片外扩展接口电路设计85
4.5.1 四线电阻式触摸屏接口电路86
4.5.2 AC97音频接口电路86
4.5.3 A/D接口电路86
4.5.4 矩阵扫描式键盘接口电路87
4.5.5 100 Mbps以太网接口电路88
4.5.6 PS/2键盘/鼠标接口电路88
4.5.7 CAN总线接口电路89
第5章  VxWorks软件开发流程91
5.1 Tornado集成开发环境简介91
5.2 VxWorks软件仿真实验94
5.2.1 编写、编译程序94
5.2.2 下载目标文件100
5.2.3 调试命令行解释器101
5.2.4 调试器105
5.2.5 目标机浏览器109
5.2.6 软件逻辑分析器114
5.3 VxWorks系统移植及内核定制实验116
5.3.1 新建工程116
5.3.2 生成目标代码120
5.3.3 加载VxWorks到目标机122
5.3.4 配置内核125
5.4 VxWorks应用程序编程实验128
5.4.1 创建和编译工程128
5.4.2 启动VxWorks内核130
5.4.3 配置和启动目标服务器131
5.4.4 下载并调试应用程序133
5.4.5 将应用程序添加到内核134
第6章  VxWorks BSP的移植过程136
6.1 VxWorks内核的特点及BSP简介136
6.1.1 VxWorks内核的特点136
6.1.2 VxWorks的主要功能和结构137
6.1.3 VxWorks BSP简介139
6.1.4 VxWorks BSP的文件组织140
6.2 VxWorks的引导过程141
6.2.1 VxWorks内核类型141
6.2.2 VxWorks内核的引导过程143
6.3 VxWorks BSP移植145
6.3.1 Makefile文件146
6.3.2 VxWorks BSP 内核配置文件149
6.3.3 VxWorks BSP 内核前期初始化152
6.3.4 系统定时器处理162
6.3.5 VxWorks BSP 中断处理167
6.4 BSP调试实验170
第7章  VxWorks驱动程序的编写172
7.1 VxWorks设备驱动分类及特点172
7.2 字符设备驱动178
7.2.1 字符设备驱动程序178
7.2.2 PS/2鼠标接口驱动程序实验182
7.3 块设备驱动196
7.3.1 块设备驱动程序196
7.3.2 RAMDISK驱动程序编写实验199
7.4 串口设备驱动207
7.4.1 串口设备驱动程序207
7.4.2 ttyDrv的层次结构208
7.4.3 CVTPXA270串口驱动的编写210
7.5 网络设备驱动223
7.5.1 BSD网络设备驱动程序224
7.5.2 END网络设备驱动程序225
7.5.3 网络驱动程序编写实验227
7.6 文件系统介绍240
7.6.1 TSFS 240
7.6.2 dosFS 242
7.6.3 TrueFFS 245
第8章  VxWorks应用程序设计251
8.1 任务管理251
8.1.1 任务251
8.1.2 任务调度253
8.1.3 任务操纵254
8.1.4 共享代码和可重入代码264
8.1.5 系统任务265
8.1.6 注意事项266
8.2 任务通信267
8.2.1 共享存储区及实验267
8.2.2 互斥268
8.2.3 信号量269
8.2.4 消息队列277
8.2.5 管道281
8.3 看门狗定时器管理281
8.4 任务间通信和同步、看门狗定时器综合实验283
8.5 中断管理285
8.6 网络通信289
8.6.1 网络协议289
8.6.2 套接字的使用291
8.6.3 网络通信实验292
8.7 异常捕捉和错误处理295
第9章  VxWorks图形用户界面设计299
9.1 VxWorks图形用户界面设计方案299
9.2 WindML简介300
9.2.1 WindML的功能300
9.2.2 WindML的结构300
9.2.3 WindML的文件组织302
9.2.4 WindML库的配置和编译304
9.2.5 WindML编程实验307
9.3 WindML驱动程序编程309
9.3.1 图形设备驱动310
9.3.2 输入设备驱动319
9.4 WindML应用程序编程328
9.4.1 WindML应用程序基本操作328
9.4.2 二维图形API331
9.4.3 消息和输入服务346
9.4.4 视窗350
9.4.5 视窗类356
9.4.6 视窗管理器357
9.4.7 视窗应用程序359
9.4.8 WindML应用程序编程实验360 
第10章  嵌入式系统综合设计实例375
10.1 GPS车辆跟踪系统设计375
10.1.1 GPS、GSM和GPRS技术375
10.1.2 GPS全球定位应用方案376
10.1.3 GPS车辆跟踪系统377
10.1.4 GPS车辆跟踪系统硬件设计378
10.1.5 GPS车辆跟踪系统软件设计378
10.2 ZIGBEE无线对等网络设计395
10.2.1 ZIGBEE技术395
10.2.2 ZIGBEE技术应用方案396
10.2.3 ZIGBEE无线对等网络硬件系统设计400
10.2.4 ZIGBEE无线对等网络软件系统设计401 
参考文献415


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