ARM9嵌入式系统设计基础教程

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页数:460
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出版时间:2008-8
价格:45.00元
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isbn号码:9787811243376
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  • ARM9
  • 嵌入式系统
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具体描述

《"十一五"高等院校规划教材·ARM9嵌入式系统设计基础教程》系统介绍了嵌入式系统的基础知识,ARM体系结构,32位RISC微处理器S3C2410A,嵌入式系统的存储器系统,嵌入式系统输入/输出设备接口,嵌入式系统总线接口,嵌入式系统网络接口,嵌入式系统软件及操作系统基础,ARM汇编语言程序设计基础,Bootloader 设计基础,Linux操作系统基础,嵌入式Linux软件设计,图形用户接口(GUI)。每章都附有思考题与习题。免费提供电子课件。

ARM9嵌入式系统设计基础教程 本书旨在为初学者提供一套系统、实用的ARM9嵌入式系统设计入门指南。不同于市面上一些侧重于特定产品或技术的书籍,本书将从最基础的概念出发,循序渐进地引导读者理解ARM9微处理器的架构、工作原理,以及如何在ARM9平台上进行嵌入式软件和硬件的设计与开发。 内容概览: 第一部分:嵌入式系统与ARM9基础 什么是嵌入式系统? 详细介绍嵌入式系统的定义、特点、应用领域,如消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备等。 对比嵌入式系统与通用计算机系统的差异,强调资源受限、实时性、可靠性等关键要求。 介绍嵌入式系统的一般构成,包括微处理器、存储器、输入/输出设备、外围接口、软件系统等。 ARM处理器家族概览 简要介绍ARM公司及其在嵌入式领域的地位。 梳理ARM处理器家族的发展历程,从早期的ARMv1到最新的ARMv9,突出不同架构的特点和优势。 重点介绍ARM7、ARM9、ARM11、Cortex-M、Cortex-R、Cortex-A系列,为读者建立整体认知。 ARM9微处理器架构详解 深入剖析ARM9系列处理器的核心架构,如ARM9TDMI、ARM9EJ-S、ARM926EJ-S等。 讲解CPU的工作模式(用户模式、异常模式等)、寄存器组织(通用寄存器、程序计数器、状态寄存器等)。 阐述ARM指令集(ARM状态和Thumb状态)的特点、寻址方式、常用指令,以及指令流水线的工作原理。 介绍ARM9的内存管理单元(MMU)和缓存(Cache)机制,理解虚拟内存和数据加速带来的性能提升。 探讨中断和异常处理机制,包括中断向量表、中断控制器(VIC)的工作方式。 第二部分:嵌入式硬件设计与开发环境 嵌入式开发板的选型与认识 介绍市面上常见的ARM9开发板类型,如基于S3C2440、AT91SAM9等芯片的开发板。 讲解开发板的基本组成部分:CPU核心板、外设扩展板(如LCD、按键、LED、串口、网络接口、SD卡接口等)。 指导读者如何根据项目需求选择合适的开发板。 交叉编译与调试环境搭建 介绍交叉编译的概念,即在主机(通常是PC)上编译,在目标嵌入式系统上运行。 详细介绍GNU工具链(GCC、GDB、Binutils)的安装和配置,包括交叉编译器、汇编器、链接器。 讲解如何使用Makefile进行项目管理和自动化编译。 介绍常用的调试工具和方法,如GDB、OpenOCD、JTAG/SWD接口的调试器(如ULINK、J-Link),以及在目标板上进行在线调试(On-Chip Debugging)。 嵌入式Linux开发环境 介绍嵌入式Linux系统的概念、优势及其在ARM9上的应用。 讲解如何构建嵌入式Linux交叉编译环境,包括构建Rootfs、Toolchain。 介绍Bootloader(如U-Boot)的作用、工作流程,以及如何在开发板上烧写和配置Bootloader。 指导读者如何获取、编译和部署Linux内核到目标板。 介绍文件系统(如yaffs2、UBIFS)的生成和管理。 第三部分:嵌入式软件设计与编程实践 ARM汇编语言基础 从ARM汇编指令开始,讲解汇编语言在底层控制、性能优化中的作用。 通过简单示例,让读者了解汇编代码如何与C语言协同工作。 C语言在嵌入式系统中的应用 强调C语言在嵌入式开发中的核心地位。 讲解C语言的指针、内存管理、位操作等在嵌入式系统中的特殊应用。 介绍C语言与汇编的混合编程。 嵌入式操作系统(RTOS)入门 介绍实时操作系统(RTOS)的概念、核心功能(任务调度、内存管理、进程间通信、中断处理等)。 选取一款经典的ARM9平台适用的RTOS(如FreeRTOS、RT-Thread等)进行介绍。 讲解如何在RTOS环境下创建任务、使用信号量、互斥锁、消息队列等同步机制。 外设驱动程序开发 讲解嵌入式系统中常用外设的原理,如GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC、定时器、LCD控制器、SD卡接口等。 指导读者如何编写和调试这些外设的驱动程序,使硬件能够被软件控制。 通过具体示例,展示驱动程序的设计思路和代码实现。 第四部分:进阶话题与项目实践 嵌入式系统调试技巧 总结和深化调试方法,包括逻辑分析仪、示波器的使用,以及代码插桩、断言等技巧。 嵌入式系统优化 讨论代码优化(编译选项、算法选择)和硬件优化(缓存策略、指令选择)以提升系统性能。 介绍功耗管理的基本概念。 嵌入式系统安全基础 简要探讨嵌入式系统的安全威胁和基本的安全防护措施。 综合项目实战 本书将穿插一些实际的项目案例,例如: 基于ARM9和LCD的简易GUI界面开发。 通过UART/SPI/I2C与传感器进行数据采集。 SD卡文件系统的读写应用。 简单的网络通信(如TCP/IP)应用。 通过这些项目,读者能够将所学知识融会贯通,提升实际开发能力。 本书以理论与实践相结合的方式,从零开始,逐步深入,力求让读者在掌握ARM9嵌入式系统设计核心技能的同时,也能建立起独立解决嵌入式开发问题的能力。无论您是电子工程、计算机科学专业的学生,还是希望跨入嵌入式开发领域的工程师,本书都将是您宝贵的起点。

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我一直认为,学习嵌入式系统设计,掌握核心处理器架构是关键,而《ARM9嵌入式系统设计基础教程》恰恰在这方面做得非常出色。它不仅详细介绍了 ARM9 的指令集架构 (ISA),包括 ARM 指令和 Thumb 指令,还深入分析了 ARM9 处理器的各种工作模式和特权级别。书中对 ARM9 处理器内部的各种功能模块,如算术逻辑单元 (ALU)、累加器、程序计数器 (PC) 和状态寄存器 (CPSR) 等,都进行了细致的讲解,让我对 ARM9 的核心运作有了更深入的理解。我还非常喜欢书中关于 ARM9 处理器与内存系统之间的交互方式的讲解,它详细阐述了内存映射 I/O (MMIO) 和端口映射 I/O (PMIO) 的区别,以及如何通过寄存器来访问和控制各种片上外设。书中还提供了大量的代码示例,包括如何通过直接操作寄存器来控制 LED 的亮灭、如何读取按键的输入以及如何通过 UART 发送和接收数据。我还对书中关于 ARM9 处理器与外部存储器接口的讲解印象深刻,它详细介绍了 SDRAM 的时序和控制器配置,以及如何通过 SDRAM 来扩展系统的存储空间。这本书的优点在于,它能够将抽象的硬件原理与实际的软件开发紧密结合起来,让我不仅能够理解 ARM9 的工作原理,还能够动手实践,从而真正掌握 ARM9 嵌入式系统的设计和开发技巧。

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我一直认为,嵌入式系统的魅力在于它能够将软件的力量与硬件的潜力完美结合,而《ARM9嵌入式系统设计基础教程》正是这样一本能够引领我深入探索这种结合的书籍。作者在讲解 ARM9 的内存管理时,非常细致地介绍了物理地址空间、虚拟地址空间以及它们之间的映射关系。书中关于 MMU (内存管理单元) 的工作原理,包括 TLB (快表) 的作用、页表项的结构以及页面的权限控制等,都进行了深入的剖析。这让我理解了操作系统是如何利用 MMU 来实现内存保护、内存共享以及虚拟内存等高级功能的。我还特别欣赏书中对 ARM 处理器工作模式的讲解,例如用户模式、特权模式(包含 FIQ、IRQ、Supervisor、Abort、Undefined)以及它们之间的切换机制。书中提供的示例代码,展示了如何在不同工作模式下进行程序设计,以及如何利用特权模式来访问受保护的系统资源。此外,书中关于 ARM 汇编语言编程的讲解也非常到位,它不仅介绍了各种汇编指令的格式和功能,还提供了大量的实例,包括如何编写子程序、如何处理堆栈、如何进行字符串操作等,这让我能够更深入地理解 ARM9 的底层运作。这本书的优点在于,它能够将抽象的硬件概念具象化,并与实际的软件开发紧密联系起来,让学习过程充满乐趣和成就感。

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坦白说,在接触这本书之前,我对嵌入式开发中的“底层”概念一直感到有些畏惧。寄存器、中断、DMA…这些词汇对我来说就像是天书。但《ARM9嵌入式系统设计基础教程》用一种非常接地气的方式,将这些看似高深的技术化繁为简。《ARM9嵌入式系统设计基础教程》在讲解 ARM9 的 CPU 核心架构时,非常注重对流水线技术的阐述,它详细解释了取指、译码、执行、访存、写回这五个阶段的工作流程,以及如何通过指令流水线来提高指令的执行效率,这对于理解 ARM9 的高性能表现非常有帮助。同时,书中也探讨了流水线中的冒险问题,例如结构冒险、数据冒险和控制冒险,并介绍了相应的解决方案,如指令延迟、流水线重叠和分支预测等,这些内容让我对 CPU 的内部运作有了更深的认识。此外,书中关于存储管理单元 (MMU) 的讲解也十分到位,它详细阐述了虚拟地址到物理地址的转换过程,以及页表 (Page Table) 的作用,这对于理解嵌入式 Linux 等操作系统如何在 ARM9 平台上运行至关重要。我还很喜欢书中对 DMA (直接内存访问) 控制器的介绍,它解释了 DMA 如何在 CPU 的干预下,实现内存与外设之间的高速数据传输,从而减轻 CPU 的负担,提高系统整体的运行效率。书中提供的 DMA 传输示例,让我能够深入理解如何配置 DMA 通道、源地址、目标地址和传输长度等参数,并实现高效的数据搬运。总而言之,这本书成功地打破了我对底层开发的恐惧,让我发现原来这些复杂的概念也可以被理解和掌握。

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学习 ARM9 嵌入式系统设计,这本书绝对是一本值得信赖的启蒙之作。作为一个刚踏入嵌入式开发领域的新手,我曾经在茫茫的书海中感到一丝迷茫,不知道从何下手。直到我发现了这本《ARM9嵌入式系统设计基础教程》,我的学习之路才变得清晰而有方向。书中对 ARM9 架构的讲解非常透彻,从最基础的指令集、寄存器操作,到更复杂的流水线、内存管理单元 (MMU) 的工作原理,都用通俗易懂的语言进行了阐述。尤其是书中关于 ARM9 的指令集架构(ISA)的讲解,细致地划分了 Thumb 指令和 ARM 指令,并且对它们各自的应用场景和优势进行了详细的分析,这对于理解 ARM9 的高效能和低功耗特性至关重要。此外,作者在讲解过程中,并没有简单地罗列概念,而是深入剖析了 ARM9 处理器在实际应用中的工作流程,例如中断处理机制、异常处理流程等等,这些都是构建稳定嵌入式系统不可或缺的关键知识。通过阅读本书,我不仅了解了 ARM9 的“是什么”,更重要的是理解了“为什么”以及“如何”去运用这些知识。书中的代码示例也非常具有指导意义,每一个概念的讲解都配以相应的 C 语言或汇编语言代码,让我能够边学边练,将理论知识转化为实际操作能力。例如,在讲解 GPIO 操作时,书中提供的代码示例清晰地展示了如何通过直接操作寄存器来控制 LED 的闪烁,这种“零距离”的体验让我对硬件的控制有了更直观的认识。我还特别喜欢书中对中断控制器 (VIC) 的讲解,它详细地描述了中断的优先级、中断向量表等概念,并提供了相应的程序示例,让我能够理解如何编写高效的中断服务程序,这是编写实时嵌入式系统的基础。这本书给我最大的感受就是,它不仅仅是一本技术手册,更像是一位经验丰富的导师,循序渐进地引导我走进 ARM9 嵌入式系统的世界。

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对于像我一样希望从基础开始,扎实掌握 ARM9 嵌入式系统设计精髓的学习者来说,《ARM9嵌入式系统设计基础教程》无疑是一本极具价值的学习资料。它非常系统地介绍了 ARM9 处理器的工作原理,从最底层的指令集到上层的操作系统移植,都涵盖了关键的知识点。书中对 ARM9 处理器内部的执行流程,包括指令的取指、译码、执行、访存和写回等阶段,都进行了详细的阐述,并解释了流水线技术如何提高指令的执行效率。我还对书中关于 ARM9 处理器与外部存储器接口的讲解印象深刻,它详细介绍了 SDRAM 的时序和控制器的配置,以及如何通过 SDRAM 来扩展系统的存储空间。书中还提供了关于如何编写引导加载程序 (Bootloader) 的章节,它详细阐述了 Bootloader 的作用和工作流程,以及如何配置各种硬件参数,从而启动操作系统。我特别喜欢书中关于 ARM9 处理器与调试工具的集成讲解,它详细介绍了 JTAG 接口的工作原理,以及如何使用 GDB (GNU Debugger) 和 OpenOCD 等工具对 ARM9 嵌入式系统进行在线调试,包括设置断点、单步执行、查看内存和寄存器内容等。这些调试技巧对于定位和解决嵌入式系统中的 bug 至关重要。这本书的优点在于,它能够提供一个完整的学习路径,从最基础的硬件知识到高级的系统设计,都能够层层递进,让学习者循序渐进地掌握 ARM9 嵌入式系统的设计和开发技能。

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这本书真是为我这样的嵌入式新手量身定做的!我之前对嵌入式系统只有模糊的概念,知道它“能做什么”,但具体“怎么做”却是一头雾水。这本《ARM9嵌入式系统设计基础教程》就像一盏明灯,照亮了我学习的道路。作者在讲解 ARM9 芯片的硬件特性时,并没有止步于表面,而是深入到芯片内部的各个模块,比如时钟管理单元 (Clock Control Unit),它详细解释了时钟信号的生成、分频和使能控制,这对于优化系统功耗和性能至关重要。书中关于片上外设的讲解也同样精彩,例如 UART(通用异步收发传输器)的原理和使用方法,书中通过实例演示了如何配置 UART 波特率、数据位、停止位等参数,并实现了与PC机的串口通信,这让我深刻体会到嵌入式系统与外部世界交互的魅力。我还特别赞赏书中关于内存系统的分析,包括 SDRAM 的时序、DRAM 的工作原理以及内存控制器 (Memory Controller) 的配置,这些内容对于理解 ARM9 如何高效地访问外部存储器至关重要。书中提供的代码片段,尤其是涉及寄存器操作的部分,都经过精心设计,简洁明了,能够快速地帮助我理解抽象的硬件概念。我记得在学习 SPI (串行外设接口) 的章节时,书中不仅讲解了 SPI 的主从模式、时钟极性 (CPOL) 和相位 (CPHA) 等关键参数,还提供了驱动 SPI 接口的 ADC (模数转换器) 的示例代码,这让我有机会将所学知识应用到实际的传感器数据采集任务中。这本书最大的优点在于,它能够将复杂的硬件原理与实际的软件开发紧密结合起来,让我不仅“知其然”,更“知其所以然”。

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作为一名正在寻找可靠的学习资源来掌握 ARM9 嵌入式系统开发的开发者,我非常欣慰地找到了《ARM9嵌入式系统设计基础教程》这本书。它不仅仅是一本技术教程,更像是一位经验丰富的工程师在指导我如何构建一个完整的嵌入式系统。书中对 ARM9 处理器指令集架构的详细介绍,让我对 ARM9 的指令集有了更全面的认识,包括数据处理指令、分支指令、加载/存储指令以及协处理器指令等等。作者在讲解每一种指令时,都结合了实际的应用场景,并提供了相应的汇编代码示例,让我能够快速地理解和掌握这些指令的使用方法。我还对书中关于 ARM9 处理器与外部设备接口的讲解印象深刻,例如 I2C (集成电路总线)、SPI (串行外设接口) 等通信协议的原理和应用。书中提供了详细的 I2C 和 SPI 接口的时序图和通信流程,以及相应的驱动程序代码,让我能够轻松地将各种传感器、存储器等外部设备集成到我的嵌入式系统中。我尤其喜欢书中关于“从裸机到 RTOS”的章节,它从最基础的裸机编程开始,逐步引导我了解如何移植和使用 RTOS (实时操作系统),例如 FreeRTOS。书中提供了移植 FreeRTOS 的详细步骤和配置方法,以及如何创建和管理任务、信号量、消息队列等 RTOS 核心对象,这对我而言是学习嵌入式操作系统开发的宝贵财富。

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对于任何想要深入理解 ARM9 嵌入式系统内部机制的人来说,《ARM9嵌入式系统设计基础教程》都是一本不可多得的宝藏。作者在对 ARM9 核心特性的讲解上,非常注重理论与实践的结合。例如,在讲解 ARM9 的流水线结构时,它不仅解释了取指、译码、执行、访存、写回这五个阶段,还深入分析了指令之间的依赖关系,以及如何通过重排序、乱序执行等技术来提高处理器的执行效率。书中还详细介绍了 ARM9 的分支预测技术,包括静态分支预测和动态分支预测,以及它们在提高程序执行效率方面的作用。我还对书中关于 ARM9 处理器与存储器系统之间的交互方式进行了深入的学习,包括缓存 (Cache) 的工作原理、缓存一致性协议以及预取机制等等。书中提供了关于如何配置和优化缓存的详细说明,以及如何通过代码优化来减少缓存失效,提高数据访问的效率。我还非常喜欢书中关于 ARM9 处理器与各种常用外设的接口设计,例如 ADC (模数转换器)、DAC (数模转换器) 和 PWM (脉冲宽度调制) 控制器。书中提供了这些外设的寄存器配置方法和工作原理,以及相应的驱动程序代码,让我能够轻松地将这些外设集成到我的嵌入式系统中,并实现各种功能。这本书的优点在于,它能够将复杂的硬件概念以清晰、易懂的方式呈现出来,并提供大量的实例代码,让读者能够亲手实践,从而真正掌握 ARM9 嵌入式系统的设计技巧。

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在我看来,一本优秀的嵌入式系统设计教程,不仅要讲解处理器本身,更要教会读者如何与外部硬件进行有效的交互,而《ARM9嵌入式系统设计基础教程》在这方面做得非常出色。它在介绍 ARM9 处理器核心架构的同时,还花了大量篇幅讲解了 ARM9 芯片上集成的各种常用外设,例如 GPIO (通用输入/输出) 控制器、定时器 (Timer) 和 PWM (脉冲宽度调制) 控制器。书中详细介绍了这些外设的寄存器结构、工作原理以及配置方法,并提供了相应的驱动程序代码。我特别喜欢书中关于定时器功能的讲解,它详细阐述了定时器的模式(如周期模式、单次模式)、预分频器以及计数器的工作原理,并提供了利用定时器实现延时功能和周期性中断的示例代码。我还对书中关于 PWM 控制器的讲解印象深刻,它详细介绍了 PWM 的占空比、周期等参数的配置,并提供了利用 PWM 控制舵机和 LED 亮度变化的示例,这让我对嵌入式系统在电机控制和人机交互方面的应用有了更直观的认识。此外,书中还介绍了 ARM9 芯片上的中断控制器 (VIC) 的工作原理,包括中断向量表、中断优先级以及中断响应机制,并提供了编写中断服务程序的示例。这本书的优点在于,它能够将理论知识与实际应用相结合,让读者在学习 ARM9 核心架构的同时,也能掌握与各种外设进行交互的技能,从而为开发更复杂的嵌入式系统打下坚实的基础。

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作为一个对硬件细节充满好奇的读者,这本书《ARM9嵌入式系统设计基础教程》无疑满足了我对 ARM9 嵌入式系统方方面面的探究欲。作者在对 ARM9 指令集的讲解上,并没有停留在对指令格式的简单描述,而是深入剖析了各种寻址模式,例如立即寻址、寄存器寻址、寄存器偏移寻址、基址加偏移寻址以及变址寻址等,并且结合实际的应用场景,说明了它们各自的优劣和适用性。这让我能够更灵活地运用 ARM9 的指令来编写高效的代码。书中关于异常处理和中断向量表的讲解也让我印象深刻,它详细阐述了 ARM9 处理器在遇到异常事件(如未定义指令、SVC 调用、预取指令中止、数据中止等)时,如何通过中断向量表跳转到相应的异常处理程序,并进行了详细的机制分析。我还特别喜欢书中关于 ARM 调试接口 (JTAG) 的介绍,它详细讲解了 JTAG 的工作原理,以及如何通过 JTAG 接口连接仿真器,对 ARM9 处理器进行在线调试,包括设置断点、单步执行、观察寄存器和内存内容等,这对于嵌入式系统的开发和调试至关重要。书中提供的关于 JTAG 调试的实例,让我能够亲手体验这种强大的调试能力,极大地提高了我的开发效率。总的来说,这本书的深度和广度都让我非常满意,它为我提供了一个全面而深入的 ARM9 嵌入式系统设计知识体系。

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