嵌入式系统电子设计与应用

随着现代科技的不断发展，嵌入式电子系统已经成为维持现代社会高效运转的重要组成部分。嵌入式电子系统作为一类专为特定应用场景设计的、集成于其他设备中的电子系统，通常由嵌入式计算机、传感器、执行器等硬件组成，并在软件的支持下实现特定功能。由于嵌入式系统具有体积小、功耗低、可靠性高、处理速度快等特点，其在诸多生产和生活场景中得到了广泛的应用，如消费类电子产品、医疗设备、汽车、工业自动化、航空航天及军事等领域，嵌入式电子系统的应用场景越来越多，越来越复杂。也正是如此，嵌入式电子系统的设计和应用成为了极具挑战和颇有前景的领域之一。
本书共分为7章。第1章为嵌入式系统基础，第2章为嵌入式系统硬件体系结构，第3章为嵌入式系统架构，第4章为嵌入式系统应用程序设计，第5章为嵌入式Linux程序开发基础，第6章为嵌入式设备驱动程序设计，第7章为设备驱动程序设计实例。本书重点突出，语言简练，内容全面，很适合电子科学与技术、信息工程、通信工程及相关专业人员参考阅读。
本书在编写的过程中根据计算机技术的发展状况，对例题内容进行精心的选择与设计，并对规律性或常规性操作进行了归纳，使读者不仅掌握基本操作，还能触类旁通，获得整体的认识。但是鉴于编者水平有限，书中难免会有不足之处，恳请广大读者给予批评指正！

编者
2023年9月

本书围绕嵌入式系统的电子设计与应用展开，在简要介绍嵌入式系统基础、嵌入式系统硬件体系结构、嵌入式系统架构的基础上，对嵌入式系统应用程序设计、嵌入式Linux程序开发基础、嵌入式设备驱动程序设计等内容进行了讲解，并提供了设备驱动程序设计实例。
本书重点突出、语言简练、内容全面，适用于嵌入式系统开发人员，以及电子科学与技术、信息工程、通信工程等相关专业的师生阅读参考。

第1章　嵌入式系统基础  001
1.1　嵌入式系统简介  001
1.1.1　嵌入式系统的基本概念  001
1.1.2　嵌入式系统的体系结构  001
1.1.3　嵌入式系统的特点  003
1.2　常见嵌入式操作系统  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　嵌入式系统的开发过程  006
1.4　嵌入式系统的应用案例  007
1.4.1　基于嵌入式系统的视频网络监控系统  007
1.4.2　基于嵌入式系统的锅炉控制方案  009
1.4.3　基于嵌入式系统的网关实现方案  012

第2章　嵌入式系统硬件体系结构  015
2.1　硬件相关基础知识  015
2.1.1　嵌入式微处理器  015
2.1.2　嵌入式微处理器的流水线技术  016
2.1.3　寄存器与存储器  017
2.1.4　总线  019
2.1.5　I/O端口  022
2.1.6　中断  023
2.1.7　数据编码  024
2.2　嵌入式系统硬件平台  025
2.2.1　嵌入式处理器  026
2.2.2　嵌入式系统中的存储设备  026
2.2.3　JTAG接口  028
2.3　ARM 微处理器体系  029
2.3.1　ARM 体系结构  029
2.3.2　ARM 系列微处理器简介  031
2.4　微处理器的结构  032
2.4.1　RISC体系结构和ARM 设计思想  032
2.4.2　ARM Cortex微处理器结构的最小系统设计  033
2.4.3　Cortex-A8核心开发板  033
2.4.4　Cortex-A8的GPIO端口  035

第3章　嵌入式系统架构  040
3.1　S3C44B0X处理器  040
3.1.1　功能模块与总线结构  040
3.1.2　设备控制器  042
3.1.3　设备控制器设备侧接口  043
3.1.4　设备控制器寄存器  043
3.2　嵌入式系统硬件结构  044
3.2.1　单总线结构  044
3.2.2　多总线结构  045
3.3　嵌入式系统软件结构  047
3.3.1　单任务结构  048
3.3.2　多任务结构  051

第4章　嵌入式系统应用程序设计  053
4.1　可执行文件的产生  053
4.2　链接与装入程序  055
4.2.1　程序在RAM 中时的链接与装入程序  055
4.2.2　程序烧进Flash后的链接与装入程序  056
4.3　启动程序Bootloader  060
4.4　单任务应用程序  060
4.5　多任务应用程序  064 

第5章　嵌入式Linux程序开发基础  067
5.1　嵌入式Linux编译器  067
5.1.1　Linux下C语言编译过程  067
5.1.2　GCC编译器及基本使用方法  068
5.2　“文件包含” 处理  070
5.2.1　头文件  070
5.2.2　“文件包含” 处理过程  070
5.3　make命令和Makefile工程管理  071
5.3.1　认识make  071
5.3.2　Makefile变量  074
5.3.3　Makefile规则  076
5.3.4　make命令的使用  077
5.4　嵌入式Linux汇编语言程序设计  077
5.4.1　嵌入式Linux汇编语言格式  078
5.4.2　嵌入式Linux汇编程序示例  079
5.4.3　编译嵌入式Linux汇编程序  081
5.5　嵌入式Linux shell编程  081
5.5.1　shell的语法基础  082
5.5.2　shell的流程控制语句  083
5.5.3　shell编程示例  084

第6章　嵌入式设备驱动程序设计  085
6.1　嵌入式设备驱动程序基础  085
6.1.1　设备驱动程序概述  085
6.1.2　设备驱动程序的框架  088
6.1.3　设备驱动程序的动态加载过程  088
6.1.4　设备驱动程序的功能接口函数模块  091
6.1.5　设备驱动程序的重要数据结构体  093
6.2　字符设备驱动程序设计  096
6.2.1　字符设备驱动程序  096
6.2.2　用户调用设备驱动程序  100
6.3　简单字符驱动程序设计示例  106
6.4　块设备驱动程序设计  112
6.4.1　块设备的基本概念  112
6.4.2　块设备的驱动程序设计方法  113

第7章　设备驱动程序设计实例  118
7.1　键盘驱动程序的设计  118
7.1.1　键盘原理介绍  118
7.1.2　键盘驱动程序设计思路分析  120
7.1.3　键盘驱动程序设计  124
7.1.4　键盘用户应用程序设计  128
7.1.5　编译和运行键盘程序  129
7.2　直流电机驱动程序设计  130
7.2.1　直流电机控制电路设计  130
7.2.2　直流电机驱动程序  132
7.2.3　直流电机用户应用程序  136
7.2.4　编译和运行程序  138

参考文献  140