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第1章 概述 1

1.1计算机发展 1

1.1.1机械式计算机的启蒙时代 1

1.1.2电子技术和半导体技术的诞生 2

1.2现代计算机系统 5

1.2.1冯·诺依曼结构和哈佛结构 5

1.2.2计算机组织的模型 7

1.2.3 CISC与RISC结构 12

1.2.4流水线结构 14

1.2.5存储器层次结构、高速缓存和虚拟存储器 17

1.2.6多核处理器并行结构 20

1.3嵌入式系统 23

1.3.1嵌入式系统的概念 24

1.3.2嵌入式系统的特点 24

1.3.3嵌入式系统的组成 25

1.3.4嵌入式系统的发展趋势 26

1.4习题 27

第2章 计算机系统组成与工作原理 28

2.1计算机体系结构 28

2.1.1冯·诺依曼体系结构 28

2.1.2对冯·诺依曼体系结构的改进 29

2.2计算机组成原理 37

2.2.1总线与接口 37

2.2.2 CPU组织 38

2.2.3存储器组织 42

2.2.4输入／输出组织 47

2.3计算机互连结构 48

2.3.1总线要素 48

2.3.2总线组织 48

2.3.3总线仲裁 50

2.3.4总线带宽 52

2.3.5总线时序 53

2.3.6串行总线 55

2.4模型机工作流程 60

2.5习题 62

第3章 微处理器体系结构及关键技术 65

3.1微处理器体系结构简介 65

3.1.1 CPU的功能和构成 65

3.1.2微处理器体系结构简介 66

3.2指令系统设计 69

3.2.1机器指令要素 69

3.2.2指令格式 70

3.2.3指令类型 72

3.2.4寻址方式 72

3.2.5指令系统设计 78

3.3随机逻辑体系结构 80

3.3.1随机逻辑体系结构的特点 80

3.3.2随机逻辑体系结构的操作 81

3.3.3随机逻辑体系结构指令集的设计 83

3.4微码体系结构 83

3.4.1微码体系结构的特点 83

3.4.2微码机器操作 84

3.4.3微码结构与随机逻辑结构的比较 85

3.5流水线体系结构 86

3.5.1流水线体系结构的特点及性能 86

3.5.2流水线结构的操作 89

3.5.3流水线结构与微码结构的比较 90

3.6超标量体系结构 93

3.6.1基本概念 94

3.6.2超标量处理机的概念性结构 94

3.6.3超标量结构的操作 96

3.6.4超标量技术的应用 97

3.7习题 98

第4章 计算机总线接口技术 99

4.1接口设计基础 99

4.1.1地址映射 99

4.1.2地址译码 102

4.1.3总线隔离 106

4.2主存储器接口设计技术 107

4.2.1确定存储模块结构 107

4.2.2分配地址空间 109

4.2.3接口信号与时序设计 110

4.3外部设备接口设计技术 111

4.3.1并行接口设计 111

4.3.2串行接口设计 124

4.3.3其他常用接口功能 125

4.4习题 131

第5章 ARM体系结构及指令系统 135

5.1 ARM体系结构 135

5.1.1 ARM概述 135

5.1.2 ARM体系结构版本 136

5.1.3 ARM处理器系列 137

5.2 ARM编程模型 145

5.2.1数据类型 145

5.2.2处理器运行模式 145

5.2.3处理器工作状态 146

5.2.4寄存器组织 146

5.2.5异常 150

5.2.6存储器格式和存储器映射I／O 155

5.2.7中断延迟 155

5.2.8复位 156

5.3 ARM指令系统 156

5.3.1 ARM基本寻址方式 156

5.3.2 ARM指令集概述 160

5.3.3指令的第二源操作数 161

5.4 ARM指令集 163

5.4.1数据处理指令 163

5.4.2跳转指令 172

5.4.3程序状态寄存器访问指令 174

5.4.4加载／存储指令 175

5.4.5异常产生指令 182

5.5 Thumb指令集与ARM指令集的区别 183

5.6习题 184

第6章 ARM程序设计 185

6.1汇编器与汇编语言 185

6.2 ARM汇编器支持的伪指令 186

6.2.1符号定义伪指令 186

6.2.2数据定义伪指令 187

6.2.3汇编控制伪指令 191

6.2.4其他常用的伪指令 192

6.2.5宏和宏指令 196

6.3汇编语言的语句格式 198

6.3.1在汇编语言程序中常用的符号 198

6.3.2汇编语言程序中的表达式和运算符 199

6.4 ARM汇编语言程序设计 202

6.4.1汇编语言的程序结构 202

6.4.2汇编语言的子程序及其调用 203

6.4.3汇编语言程序实例 204

6.5 ARM汇编语言与C／C＋＋的混合编程 206

6.5.1 ARM工程 206

6.5.2 ARM程序框架 207

6.5.3 C与汇编之间的函数调用 209

6.5.4 C／C＋＋语言和汇编语言的混合编程 214

6.6习题 220

第7章 基于ARM内核的微处理器芯片简介 223

7.1 ARM926EJ-S处理器内核 223

7.1.1 ARM926EJ-S编程模型 226

7.1.2存储器管理单元MMU 228

7.1.3 cache和写缓冲器 229

7.1.4紧耦合存储器接口 230

7.1.5总线接口单元 231

7.1.6非高速缓存取指 231

7.1.7指令存储器屏障 232

7.1.8嵌入式跟踪宏单元 233

7.1.9电源管理 233

7.2 ARM9微处理器 235

7.2.1飞思卡尔公司的MC9328MX21微处理器 235

7.2.2 Atmel公司的AT91SAM9263微处理器 238

7.2.3三星公司S3C2440A微处理器 242

7.2.4意法半导体公司的STR91 x微处理器 246

7.3构造ARM微处理器最小硬件系统 248

7.3.1电源模块 249

7.3.2时钟模块 250

7.3.3复位模块 252

7.34存储器模块 252

7.3.5 JTAG调试接口 255

7.4习题 255

第8章 嵌入式系统设计 256

8.1嵌入式系统简介 256

8.2设计方法及设计流程 258

8.2.1嵌入式系统设计的基本指导思想 258

8.2.2嵌入式系统开发的基本流程 260

8.3嵌入式处理器 264

8.3.1嵌入式处理器种类 264

8.3.2嵌入式处理器的选择 269

8.4嵌入式软件系统 270

8.4.1嵌入式软件系统结构 271

8.4.2嵌入式软件工作流程 272

8.4.3嵌入式操作系统概述 273

8.4.4嵌入式操作系统的任务 275

8.4.5嵌入式RTOS的关键技术指标 279

8.4.6常用的嵌入式RTOS 281

8.5嵌入式操作系统的移植 293

8.5.1嵌入式Linux操作系统简介 294

8.5.2嵌入式Linux的移植过程 298

8.6嵌入式系统的测试 311

8.7 习题 314

第9章 基于ARM微处理器核的SoC设计 316

9.1概述 316

9.2 SoC设计 317

9.2.1 SoC的典型结构 317

9.2.2 SoC设计中的关键技术 318

9.2.3 SoC技术的优势 319

9.3 SoC的片上总线 320

9.3.1片上总线的特点 320

9.3.2片上总线的接口标准 321

9.3.3 AMBA总线 322

9.4基于ARM内核的SoC系统设计 327

9.4.1基于ARM的SoC结构 327

9.4.2一种基于ARM内核的USB 2.0接口IP核的设计 334

9.5习题 337

附录A ASCII码表 338

附录B ARM实验系统简介 339

附录C AT91 SAM9263引脚排列及信号名称表 340

附录D S3C2440引脚排列及信号名称表 342

附录E MX21引脚排列及信号名称表 344

附录F ARM指令速查表及符号含义 345

附录G Linux常用命令表 355

参考文献 359