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第1章 嵌入式系统导论 1

1.1 嵌入式系统概述 1

1.1.1 嵌入式系统的发展历程 3

1.1.2 嵌入式系统的特点 7

1.1.3 嵌入式系统的分类 8

1.2 嵌入式系统的应用领域 12

1.3 嵌入式系统的发展趋势 14

思考题 15

第2章 嵌入式硬件系统 17

2.1 基本组成 17

2.2 嵌入式微处理器 18

2.2.1 嵌入式微处理器的特点 19

2.2.2 主流的嵌入式微处理器 23

2.3 总线 41

2.3.1 AMBA总线 42

2.3.2 PCI总线 45

2.3.3 串行总线 48

2.4 存储器 55

2.4.1 存储器结构 55

2.4.2 电子盘 56

2.5 I/O接口和设备 59

思考题 59

第3章 嵌入式软件系统 61

3.1 嵌入式软件系统概述 61

3.1.1 嵌入式软件分类 62

3.1.2 嵌入式软件体系结构 63

3.1.3 嵌入式软件运行流程 64

3.2 嵌入式操作系统 65

3.2.1 体系结构 66

3.2.2 功能及特点 70

3.2.3 发展趋势 73

3.3 嵌入式软件开发工具 73

3.3.1 嵌入式软件开发工具的分类 73

3.3.2 嵌入式软件的交叉开发环境 75

3.3.3 嵌入式软件实现阶段的开发过程 76

3.3.4 嵌入式软件开发工具的发展趋势 91

思考题 92

第4章 嵌入式实时内核基础 93

4.1 嵌入式实时内核的关键设计问题 93

4.1.1 实时性 93

4.1.2 可移植性 102

4.1.3 可剪裁、可配置性 104

4.1.4 可靠性 105

4.1.5 应用编程接口 105

4.2 嵌入式实时内核的主要功能 108

4.2.1 任务管理 108

4.2.2 中断管理 109

4.2.3 时间管理 109

4.2.4 对共享资源的互斥管理 110

4.2.5 同步与通信管理 112

4.2.6 内存管理 114

4.2.7 I/O管理 116

4.2.8 出错处理 116

4.2.9 用户扩展管理 116

4.2.10 电源管理 117

4.3 嵌入式实时内核的重要性能指标 119

4.3.1 概述 119

4.3.2 中断时序图 120

4.3.3 中断延迟时间 124

4.3.4 内核最大关中断时间 125

4.3.5 中断响应时间 126

4.3.6 中断恢复时间 126

4.3.7 非屏蔽中断 127

4.3.8 中断处理时间 128

4.3.9 任务上下文切换时间 128

4.3.10 任务响应时间 130

4.3.11 系统调用的执行时间 131

4.3.12 有关时间确定性的测试 134

4.3.13 嵌入式实时内核的存储开销 135

思考题 135

第5章 任务管理与调度 137

5.1 概述 137

5.2 任务 139

5.2.1 任务的定义及其主要特性 139

5.2.2 任务的内容 139

5.2.3 任务分类 139

5.2.4 任务参数 141

5.3 任务管理 142

5.3.1 任务状态与变迁 142

5.3.2 任务控制块 143

5.3.3 任务切换 144

5.3.4 任务队列 145

5.3.5 任务管理机制 150

5.4 任务调度 154

5.4.1 概述 154

5.4.2 基于优先级的可抢占调度 156

5.4.3 时间片轮转调度 157

5.4.4 静态调度 157

5.4.5 动态调度 161

5.4.6 静态调度与动态调度之间的比较 162

5.5 优先级反转 162

5.5.1 概述 162

5.5.2 优先级继承协议 163

5.5.3 优先级天花板协议 164

5.6 多处理器调度 171

5.6.1 概述 171

5.6.2 使用率平衡算法 172

5.6.3 基于RMS的任务分配算法 172

5.6.4 基于EDF的首次匹配算法 173

思考题 174

第6章 同步、互斥与通信 176

6.1 概述 176

6.2 信号量 178

6.2.1 信号量的种类及用途 178

6.2.2 互斥信号量 178

6.2.3 二值信号量 180

6.2.4 计数信号量 182

6.2.5 信号量机制的主要数据结构 183

6.2.6 典型的信号量操作 184

6.2.7 与信号量有关的资源配置问题 187

6.3 邮箱和消息队列 187

6.3.1 通信方式概述 187

6.3.2 消息队列机制的主要数据结构 188

6.3.3 典型的消息队列操作 190

6.3.4 与消息队列有关的资源配置问题 194

6.3.5 消息队列的其他典型应用 194

6.4 事件 195

6.4.1 事件机制概述 195

6.4.2 事件机制的主要数据结构 197

6.4.3 典型的事件操作 198

6.4.4 与事件机制有关的资源配置问题 199

6.4.5 事件机制的典型应用 200

6.5 异步信号 201

6.5.1 异步信号机制概述 201

6.5.2 异步信号机制与中断机制的比较 202

6.5.3 异步信号机制与事件机制的比较 203

6.5.4 异步信号机制的主要数据结构 203

6.5.5 典型的异步信号操作 204

6.6 管道 205

6.6.1 管道机制概述 205

6.6.2 管道机制的主要数据结构 206

6.6.3 典型的管道操作 207

6.6.4 管道机制的典型应用 208

思考题 208

第7章 中断和时间管理 210

7.1 中断管理 210

7.1.1 概述 210

7.1.2 中断的分类 211

7.1.3 中断处理的过程 213

7.1.4 实时内核的中断管理 215

7.1.5 用户中断服务程序 217

7.2 时间管理 219

7.2.1 硬件时钟设备 219

7.2.2 时间管理 221

思考题 224

第8章 内存管理和I/O管理 225

8.1 内存管理 225

8.1.1 概述 225

8.1.2 内存管理机制 226

8.2 I/O管理 234

思考题 245

第9章 高可靠嵌入式实时操作系统 246

9.1 高可靠嵌入式实时操作系统的产生和发展 246

9.1.1 高可靠嵌入式实时操作系统概况 246

9.1.2 几种流行的高可靠嵌入式实时操作系统 247

9.2 国际和国内标准 252

9.2.1 ARINC 653 252

9.2.2 ASAAC 252

9.2.3 GJB 5357—2005 254

9.3 高可靠嵌入式实时操作系统硬件基础 255

9.3.1 80x86 255

9.3.2 PowerPC 259

9.4 高可靠嵌入式实时操作系统的实现 263

9.4.1 概述 263

9.4.2 隔离保护 264

9.4.3 分区调度 268

9.4.4 分区间通信 270

9.4.5 健康监测 272

思考题 274

第10章 嵌入式系统软件的开发 275

10.1 嵌入式系统开发模式 275

10.1.1 嵌入式系统开发模式概述 275

10.1.2 处理器及硬件开发平台的选定 278

10.1.3 操作系统选定 280

10.1.4 开发环境选定 285

10.2 实时软件分析设计方法 286

10.2.1 实时软件的分析设计要求 286

10.2.2 DARTS分析设计方法 289

10.3 安全关键领域软件开发 299

10.3.1 DO-178B 301

10.3.2 同步语言 318

10.3.3 关于集成开发环境的一些高级方法 331

思考题 337

附录 实验光盘内容 339

参考文献 341