本书基于多维融合知识体系展开阐述，系统、全面阐述了嵌入式计算机系统的体系、原理与设计方法等内容。全书共11章，首先介绍嵌入式系统概念、内涵、组成、演化及发展趋势，然后分数字电路与嵌入式硬件、嵌入式（系统）软件以及嵌入式系统开发方法三大部分展开论述。硬件部分阐述嵌入式系统硬件设计相关的基础数字电路、（异构）处理器、存储器、最小系统外围电路及I/O接口扩展等硬件组件的基本原理和设计方法；软件部分阐述嵌入式软件的体系结构与基础组件，嵌入式（实时）操作系统的典型模型、服务机制和应用方式，以及主流的嵌入式图形库、文件系统、数据库等系统软件组件；设计与开发部分阐述嵌入式软件与系统的开发机制以及典型的调试、测试、仿真方法。

本书适合作为高等院校计算机、软件、物联网、自动化、电子信息等相关专业或航空航天航海、智能交通等相关专业的高年级本科生、研究生教材，同时也可供专业设计人员参考。

以万物智联时代的数字化、智能化为背景，结合嵌入式计算与系统技术的经典内涵及新的发展趋势，本书从体系的角度有机阐述嵌入式系统的经典知识和新兴技术。在写作方法上，采用贯穿体系与局部剖析、共性建模与个体设计相结合，理论阐述与实例分析相呼应的思路，以实现宏观特征至微观特性、硬件逻辑到软件方法、关键技术到系统开发全部有效穿透的目标，系统地论述嵌入式系统所涉及到的体系架构、技术原理与设计机制等内容。本书中安排的核心内容纲领明晰且重点突出，既涵盖嵌入式系统的经典体系和内容，又阐述、分析本领域的新技术和新方向；在“厚基础”的同时又注重新知识的引导，在理论主线延展的同时对每一个环节上经典的以及新呈现的“嵌入式”特性进行深入地分析、比较和论述，保证教材内容既有体系性、技术性、新颖性又不乏易读性和实用性。同时，与作者在中国大学MOOC所建成的嵌入式系统慕课和丰富的在线习题及测验资源配套，可进一步形成线上、线下融合的高效学习模式。

目录

第1章概述1

1.1背景延伸： 现代信息与计算概念的缘起1

1.1.1麦克斯韦妖、信息与智慧1

1.1.2计算理论与技术的出现3

1.1.3现代计算机技术的诞生与演化5

1.1.4电子通信与网络技术发展8

1.2理解嵌入式系统9

1.2.1计算装置的可嵌入发展9

1.2.2嵌入式系统内涵的演化11

1.2.3相关术语辨析15

1.3嵌入式系统的组成与特点17

1.3.1组成结构17

1.3.2技术特点与发展趋势18

1.4知识体系23

1.5小结26

习题26

第2章嵌入式硬件基础27

2.1器件和电路术语及基本元件27

2.1.1器件术语27

2.1.2电路术语30

2.1.3基本元件32

2.2嵌入式系统硬件组成38

2.2.1硬件基本架构模型38

2.2.2处理器子系统39

2.2.3存储子系统41

2.2.4时钟子系统42

2.2.5I/O子系统44

2.3嵌入式系统硬件典型形式44

2.3.1基于通用计算机扩展的嵌入式硬件44

2.3.2基于领域标准模块集成的嵌入式硬件45

2.3.3面向具体产品的专用嵌入式硬件47

2.4硬件设计基本方法48

2.4.1Protel EDA软件48

2.4.2电路设计基本流程51

2.4.3电磁兼容性问题53

2.4.4低功耗问题57

2.4.5嵌入式硬件设计示例58

2.5小结67

习题67

第3章嵌入式处理器68

3.1处理器模型与逻辑体系68

3.1.1处理器基本组成模型 68

3.1.2典型处理器架构72

3.2嵌入式处理器的类型及特点76

3.2.1嵌入式微控制器76

3.2.2嵌入式微处理器78

3.2.3数字信号处理器80

3.2.4可编程逻辑器件83

3.2.5片上系统91

3.2.6多核、众核处理器94

3.3典型嵌入式处理器体系102

3.3.1ARM架构102

3.3.2MIPS架构117

3.3.3PowerPC架构122

3.4性能评价指标131

3.5小结133

习题133

第4章嵌入式存储技术134

4.1基本存储体系与模型134

4.1.1嵌入式系统存储体系134

4.1.2存储器结构模型135

4.1.3存储器基本操作流程136

4.1.4存储器指标137

4.2存储器分类及特性139

4.2.1只读存储器139

4.2.2随机存储器144

4.2.3混合存储器155

4.3存储器测试与验证173

4.3.1可读写存储器的测试173

4.3.2只读存储器测试174

4.4小结176

习题176

第5章最小系统与外围电路设计178

5.1理解最小系统178

5.2电源电路179

5.2.1电源电路设计方法179

5.2.2延伸： 电源管理与低功耗设计183

5.3复位电路187

5.3.1上电复位188

5.3.2手动复位193

5.3.3看门狗复位195

5.3.4软件复位196

5.4时钟电路200

5.4.1信号源： 振荡电路原理200

5.4.2多时钟管理205

5.4.3延伸： 时钟管理与低功耗设计211

5.5电路抖动与消抖211

5.5.1抖动现象与危害211

5.5.2硬件消抖213

5.5.3软件消抖215

5.6小结217

习题217

第6章接口、总线与网络扩展218

6.1通用I/O与串行总线218

6.1.1GPIO218

6.1.2SPI222

6.1.3SDIO231

6.1.4I2S236

6.1.5I2C242

6.1.6UART与USART246

6.2典型工业总线、背板总线及网络258

6.2.1CAN总线258

6.2.2实时工业以太网268

6.2.3VPX总线274

6.3无线接口与网络281

6.3.1ZigBee281

6.3.2蓝牙287

6.3.3WiFi299

6.3.4NFC301

6.4小结306

习题306

第7章嵌入式软件结构与基础软件组件308

7.1计算系统的启动与运行过程308

7.1.1通用计算机启动过程分析308

7.1.2嵌入式系统启动过程分析309

7.2嵌入式软件结构312

7.2.1基于裸机的嵌入式软件结构312

7.2.2基于嵌入式操作系统的嵌入式软件结构313

7.3基础软件组件315

7.3.1ROM Monitor315

7.3.2BootLoader318

7.3.3BSP326

7.3.4虚拟机监控程序336

7.3.5容器、微服务与云原生 344

7.4小结346

习题347

第8章嵌入式操作系统及其服务机制348

8.1架构与模型348

8.1.1宏内核、微内核与超微内核348

8.1.2功能模型350

8.2服务机制353

8.2.1基本概念353

8.2.2关于实时364

8.2.3内核服务机制369

8.3典型嵌入式操作系统387

8.3.1RTX51387

8.3.2μC/OS388

8.3.3嵌入式Linux系列390

8.3.4VxWorks395

8.3.5SylixOS397

8.3.6鸿蒙操作系统400

8.3.7其他嵌入式操作系统402

8.4小结407

习题407

第9章嵌入式软件组件409

9.1嵌入式图形库与图形组件409

9.1.1μC/GUI与emWin409

9.1.2NanoX Window412

9.1.3MiniGUI413

9.1.4Qt419

9.1.5可编程图形界面屏423

9.2嵌入式文件系统424

9.2.1JFFS/JFFS2425

9.2.2YAFFS/YAFFS2428

9.2.3UBIFS432

9.2.4只读文件系统434

9.2.5RAM文件系统435

9.3嵌入式数据库437

9.3.1SQLite438

9.3.2Berkeley DB439

9.3.3eXtremeDB441

9.4嵌入式网络协议栈443

9.5小结444

习题444

第10章嵌入式应用软件设计方法445

10.1嵌入式应用软件典型结构445

10.1.1轮转结构445

10.1.2前后台软件结构447

10.1.3函数队列调度结构450

10.1.4基于嵌入式操作系统的软件结构451

10.2中断与数据共享问题453

10.2.1中断服务程序设计453

10.2.2避免/消除数据共享457

10.3嵌入式软件设计机制464

10.3.1可重入代码设计464

10.3.2软件看门狗方法468

10.3.3避免频繁地创建、销毁任务471

10.3.4基于状态机方法设计软件逻辑472

10.3.5FPGA IP核开发流程473

10.3.6生成可执行的嵌入式软件474

10.4软件工程方法484

10.4.1模型驱动的开发方法： 从V模型到Y模型484

10.4.2软硬件协同设计486

10.4.3DevOps方法487

10.4.4制定编码规范489

10.5小结491

习题491

第11章调试、测试与仿真方法492

11.1嵌入式软件调试492

11.1.1基于宿主机的调试493

11.1.2ROM Monitor软件调试495

11.1.3ROM仿真器496

11.1.4在线仿真器497

11.1.5JTAG调试499

11.2嵌入式软件测试501

11.2.1基本测试方法与指标502

11.2.2测试工具的使用507

11.3系统仿真验证技术511

11.3.1计算机仿真方法及其原理512

11.3.2可视化技术514

11.4小结516

习题516

后记517

参考文献518