本书主要以目前国内外流行的三种基于ARM架构的嵌入式微处理器及主流的嵌入式操作系统为例，详细介绍嵌入式微处理器的内部结构、工作原理等、接口设计等硬件平台设计的相关理论及开发流程，以及主流嵌入式操作系统的移植裁减、应用程序开发等开发软件平台的相关知识和相关技术。针对于从事嵌入式系统研发工作的读者，不仅需要掌握基于某些常用的嵌入式操作系统和嵌入式微处理器平台的技术研发，也要培养系统方案设计和软、硬件综合调试能力。为此，本书增添了部分相关的知识。

再 版 前 言 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软/硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。以信息通信、家电为代表的互联网时代嵌入式产品，为嵌入式市场展现了美好前景。目前，嵌入式系统已经广泛地渗入到科学研究、工程建设、军事、工业监控、商业、文化及人们日常生活的方方面面。 由于诸多原因，我国计算机行业错过了世界范围技术发展的前几次机遇，当我们意识到应组织发展本国计算机产业时，微软已在PC软件上处于世界垄断地位。21世纪已进入了后PC时代，在这个时代中，无所不在的嵌入式技术无疑是最具代表性的技术。由于其应用广、领域特色突出，谁也无力独霸这一市场。因此我国信息产业的专家、学者及制造商应该牢牢抓住这一大好机遇，找准发展点，使我国IT技术迈上一个台阶。总之，目前嵌入式技术是中国IT发展最难得的机遇。 嵌入式系统开发与应用的内容繁杂，涉及计算机、电子、自动控制等诸多专业知识，综合性强。由于嵌入式系统课程知识点多，想让学生在短短的有限课时内完全掌握嵌入式系统设计全部知识是不现实的。因此通过嵌入式系统课程的学习，目的是使其能够掌握嵌入式系统设计的基础知识和开发方法。实践是学习嵌入式系统设计的重要环节，通过动手实践才能让学生掌握嵌入式系统设计开发方法和开发经验。 随着嵌入式系统应用的普及，对嵌入式系统设计的技术人才需求越来越大，同时也迫切需要一些较好的适用于不同层次人员使用的教材和参考书。本书定位于从事嵌入式系统开发和设计的初学人员。从实用的角度出发，分别以目前国内外流行的S3C44BOX、S3C2410和XScale架构处理器为例，详细介绍了嵌入式系统的内部结构、工作原理、设计步骤、设计方法、接口电路原理图，以及嵌入式系统的开发环境和开发工具。在软件方面介绍了C/OS-Ⅱ、Linux和Windows CE操作系统相关知识，最后介绍了编者的一项实例设计供读者参考和借鉴。 本书第1版于2006年4月出版，目前被国内近20多所院校采用作为教材。由于嵌入式系统技术发展迅速，新技术层出不穷，为了适应时代发展故提出对本书进行重新修正和再版发行。其中，主要是对书中各章节重新进行了规划、整理和内容充实。例如，增加了第5章嵌入式系统开发环境与相关开发技术的内容介绍。另外，分别在第2章和第4章中增加了2.1.2节嵌入式系统中采用的先进技术、4.3.4节数字音频设备接口。扩充和修改了4.3.2节串口的设计、4.6节嵌入式系统中常用的无线通信技术、7.3节嵌入式Linux操作系统的内核编译及驱动程序的开发、8.4节基于Windows CE操作系统的应用开发内容。调整充实了2.1.3节存储器系统的基础知识，5.5节嵌入式系统的Bootloader技术的内容。同时对全书各章的内容都进行了精细化、逐页逐句地进行了仔细斟酌，将一些繁琐的话进行了精简和完善、一些不通俗的句子进行了修改。教材的习题部分对于复习和巩固所学内容是非常重要的，每章精心挑选了适量并增加了课后的习题。 编者从事计算机教学工作多年，多次完成基于ARM微处理器系列的科研项目的开发和设计工作。所以在编写本教材的过程中，精选内容、力求符合从事嵌入式系统开发和设计的初学者的特点，做到概念清晰、理论联系实际。在叙述方法上，则力求由浅入深、通俗易懂、便于学习，以便使读者能在较短的时间内迅速掌握相关知识，起到事半功倍的效果。 本书适用于高等院校相关专业的大学高年级学生和研究生作为专业课教材，也可以作为从事嵌入式系统开发和设计人员的参考用书。本课程课时数为56学时（授课课时32，实验课时24）。在课堂主要讲授1～5章和第9章内容，选取第6～8章操作系统的内容，与实验同步进行。为了便于本课程的教学需要，本书另配有多媒体教学课件，需要者可通过E-mail：gmholife@hotmail.com和mhl@dlut.edu.cn联系。 本书配有电子教学课件，读者可以从电子工业出版社华信教育资源网（www.huaxin. com.cn）免费注册后下载。 另外由于时间匆忙，且作者水平有限，书中难免有错误、疏漏和不妥之处，敬请读者提出宝贵意见。 编 者 2009年8月

第1章 嵌入式系统概论 1 1.1 嵌入式系统概述 1 1.1.1 嵌入式系统的定义 1 1.1.2 嵌入式系统的特征 2 1.2 嵌入式系统的应用领域及发展趋势 3 1.2.1 嵌入式系统的应用领域 4 1.2.2 嵌入式技术的发展趋势 8 1.3 嵌入式系统基本组成 10 1.3.1 嵌入式系统的组织架构 10 1.3.2 嵌入式系统的硬件组成 11 1.3.3 嵌入式系统的软件组成 14 习题与思考题 15 第2章 嵌入式系统的基础知识 16 2.1 嵌入式系统的硬件基础知识 16 2.1.1 硬件系统体系结构原理 16 2.1.2 嵌入式系统中采用的先进技术 18 2.1.3 存储器系统的基础知识 21 2.2 嵌入式系统的软件基础知识 26 2.2.1 嵌入式软件系统概述 27 2.2.2 嵌入式操作系统简介 30 2.3 ARM微处理器的指令系统和程序设计 39 2.3.1 概述 39 2.3.2 ARM指令系统的寻址方式和分类 41 2.3.3 基于ARM体系的语言程序设计 47 习题与思考题 50 第3章 基于ARM架构的嵌入式微处理器 51 3.1 概述 51 3.1.1 ARM体系结构版本和特种功能介绍 52 3.1.2 ARM微处理器系列产品 54 3.2 嵌入式微处理器的组成 59 3.2.1 嵌入式微处理器内部结构 60 3.2.2 ARM微处理器结构特征 62 3.3 常用的三种ARM微处理器介绍 72 3.3.1 S3C44B0微处理器 72 3.3.2 S3C2410微处理器 80 3.3.3 XScale PXA255/27x系列微处理器 86 习题与思考题 88 第4章　嵌入式系统设计 90 4.1　概述 90 4.1.1　嵌入式系统的设计步骤 90 4.1.2　设计层次和设计架构 93 4.2　嵌入式系统的硬件设计 95 4.2.1 微处理器芯片选型的原则 95 4.2.2　多路时钟电路的设计 96 4.2.3　系统复位电路的设计 97 4.2.4　电源管理器 98 4.2.5　存储系统的设计 98 4.3　嵌入式系统接口设计 102 4.3.1　通用I/O接口技术 102 4.3.2　串口的设计 106 4.3.3　A/D转换接口 111 4.3.4　数字音频设备接口 112 4.3.5 SD存储卡接口 113 4.4　嵌入式系统人机交互设备接口 113 4.4.1　显示器接口 113 4.4.2　键盘接口 117 4.4.3　触摸屏接口 118 4.5　嵌入式系统的总线接口和网络接口设计 121 4.5.1 I2C总线接口设计 121 4.5.2　CAN总线接口设计 123 4.5.3　嵌入式以太网接口设计 125 4.5.4　嵌入式Internet接口设计 130 4.6　嵌入式系统中常用的无线通信技术 131 4.6.1　无线局域网Wi-Fi技术 131 4.6.2　蓝牙技术 132 4.6.3　其他无线通信技术 134 习题与思考题 138 第5章　嵌入式系统开发环境与相关开发技术 139 5.1　概述 139 5.2　嵌入式系统的开发工具 140 5.2.1 在嵌入式系统裸机开发阶段中常用的开发工具 141 5.2.2 基于嵌入式操作系统与应用程序开发阶段的常用工具 141 5.3　嵌入式系统调试技术 143 5.3.1 ARM调试技术概述 143 5.3.2 基于JTAG的调试系统 145 5.3.3　基于Angel的调试系统 147 5.4　嵌入式系统开发经验 149 5.5 嵌入式系统的Bootloader技术 150 5.5.1　Bootloader的职能 151 5.5.2　Bootloader的操作模式 152 5.5.3 Bootloader的程序结构与调试 153 5.5.4　常用Bootloader的简介 154 习题与思考题 155 第6章　嵌入式mC/OS-Ⅱ操作系统及应用 157 6.1　C/OS-Ⅱ操作系统概述 157 6.1.1　µC/OS-Ⅱ操作系统功能和特点 157 6.1.2　µC/OS-Ⅱ操作系统的内核结构 158 6.1.3　µC/OS-Ⅱ操作系统的主要功能模块 162 6.1.4　µC/OS-Ⅱ 操作系统的初始化 165 6.2　ARM ADS开发环境 165 6.2.1　代码生成开发工具 166 6.2.2　集成开发环境IDE 166 6.2.3　调试器 167 6.2.4　ARM应用库和实用程序 167 6.3 C/OS-Ⅱ操作系统在ARM系统中的移植 168 6.3.1　µC/OS-Ⅱ操作系统的移植条件 168 6.3.2　µC/OS-Ⅱ操作系统的移植步骤 169 6.4　基于C/OS-Ⅱ操作系统的应用开发 175 6.4.1　基于µC/OS-Ⅱ操作系统的应用程序结构 175 6.4.2　µC/OS-Ⅱ操作系统的API 176 6.4.3　基于µC/OS-Ⅱ操作系统的绘图函数及应用 177 习题与思考题 183 第7章 嵌入式Linux操作系统及应用 184 7.1 嵌入式Linux操作系统概述 184 7.1.1 嵌入式Linux操作系统分类 184 7.1.2 嵌入式Linux内核组成与启动过程 186 7.2 嵌入式Linux操作系统的开发工具 188 7.2.1 编译器GCC 188 7.2.2 编译器Makefile 189 7.2.3 调试器gdb 191 7.3　嵌入式Linux操作系统的内核编译及驱动程序的开发 192 7.3.1　嵌入式Linux操作系统的定制过程 193 7.3.2　增加新的内核组件 194 7.3.3　配置操作系统内核及内核的生成和装载 196 7.3.4 嵌入式系统的文件系统 197 7.3.5 嵌入式Linux操作系统的驱动程序开发 197 7.4　嵌入式Linux操作系统的应用开发 204 7.4.1 概述 204 7.4.2　操作系统图形用户接口（GUI） 204 7.4.3　Qt/Embedded开发技术 205 习题与思考题 210 第8章　Windows CE操作系统的应用与开发 211 8.1　Windows CE操作系统概述 211 8.1.1 Windows CE 操作系统的发展 211 8.1.2　Windows CE 操作系统的特点 211 8.1.3　Windows CE操作系统的体系结构 213 8.2　Windows CE操作系统的开发工具 216 8.2.1　eMbedded Visual C++ 216 8.2.2　Platform Builder 217 8.3　Windows CE操作系统内核编译及驱动程序的开发 218 8.3.1　Windows CE内核的裁剪与编译 218 8.3.2　驱动程序的开发 224 8.4　基于Windows CE操作系统的应用开发 226 8.4.1　eMbedded Visual C++集成开发环境的应用 227 8.4.2　应用程序的创建 228 8.4.3　编译生成可执行文件 229 8.4.4　应用程序的调试 231 习题与思考题 233 第9章　开发应用实例——物流盘点机 234 9.1　概述 234 9.2　物流盘点机硬件系统的设计 234 9.2.1　系统核心板的组成与工作原理 235 9.2.2　系统板的组成与工作原理 237 9.2.3　专用键盘的设计 240 9.3　物流盘点机软件系统的设计 241 9.3.1　操作系统的定制与实现 241 9.3.2　系统驱动程序的开发 243 9.3.3　用户应用程序的开发 245 参考文献 247