嵌入式系統軟硬件協同設計教程

符意德，1987年7月畢業於西安交通大學計算機系，同年8月在南京理工大學計算機系參加工作。參加工作後曾參予和主持過多項“國家863項目”、國防預研項目、江蘇省工業支撐項目、企業委托開發項目等，發表論文30余篇。並一直從事計算機硬件課程教學工作，主講過“微機原理及接口技術”、“數字信號處理”、“單片機原理及應用”、“嵌入式系統原理”等課程。編寫過“嵌入式系統設計原理及應用”、“嵌入式系統及接口技術”2本教材。

目錄

第1章緒論

1.1嵌入式系統的發展概述

1.1.1嵌入式系統硬件平臺的發展

1.1.2嵌入式系統軟件平臺的發展

1.2嵌入式系統的應用

1.2.1嵌入式系統應用復雜度

1.2.2嵌入式系統應用領域

1.3嵌入式系統軟硬件協同設計架構

1.3.1軟硬件協同設計方法

1.3.2軟硬件協同設計架構——Zynq芯片架構

1.3.3協同設計架構的芯片類型

1.4開發工具軟件介紹

1.4.1Vivado集成開發環境

1.4.2其他的集成開發環境

本章小結

習題1

第2章Zynq芯片的體系結構

2.1Zynq芯片的架構

2.1.1Arm微處理器內核架構類型

2.1.2Xilinx的FPGA

2.1.3Zynq芯片的引腳及信號

2.1.4PS的I/O端口

2.1.5Zynq芯片運行的外部條件

2.2CortexA9微處理器核

2.2.1Armv7架構概述

2.2.2CortexA9核的內部結構

2.2.3工作模式

2.2.4寄存器組織

2.3存儲組織

2.3.1Zynq芯片的地址特征

2.3.2I/O端口的訪問方式

2.3.3地址分配及片內存儲器

2.3.4指令及數據緩存區

2.3.5存儲組織的控制部件

2.4異常中斷處理機制

2.4.1異常的種類

2.4.2異常的進入和退出

2.4.3Zynq芯片的中斷控制

2.5Armv7指令集

2.5.1指令碼格式及條件域

2.5.2寄存器裝載及存儲類指令

2.5.3影響狀態標誌位類指令

2.5.4分支類指令

本章小結

習題2

第3章總線結構及存儲器接口

3.1總線的作用及分類

3.1.1片內總線

3.1.2板級總線

3.1.3系統級總線

3.2AMBA總線規範

3.2.1APB總線規範

3.2.2AHB總線規範

3.2.3AXI總線規範

3.3Zynq芯片的總線結構

3.3.1PS部分的接口連接

3.3.2芯片內部PS和PL互聯結構

3.3.3Zynq芯片的板級總線

3.4存儲器芯片的接口設計方法

3.4.1存儲器芯片分類

3.4.2SROM型存儲器接口設計方法

3.4.3DRAM型存儲器接口設計方法

3.4.4NAND Flash型存儲器接口設計方法

3.4.5DDR型存儲器接口設計方法

3.5Zynq芯片的外存儲系統設計

3.5.1SROM型存儲系統設計

3.5.24倍SPI Flash存儲系統設計

3.5.3DDR存儲系統設計

本章小結

習題3

第4章外設端口及外設部件

4.1GPIO端口

4.1.1I/O端口的尋址方式

4.1.2PS的GPIO端口及其寄存器

4.1.3GPIO的驅動編程

4.1.4外部中斷

4.2UART通信端口

4.2.1通信的基本術語

4.2.2異步串行通信協議

4.2.3Zynq芯片的UART接口部件

4.2.4UART接口驅動編程

4.3SPI端口

4.3.1SPI基本原理

4.3.2Zynq芯片的SPI接口部件

4.3.3SPI接口驅動程序設計

4.4I2C總線端口

4.4.1I2C協議結構

4.4.2Zynq芯片的I2C接口部件

4.4.3I2C接口驅動程序設計

4.5定時器部件

4.5.1定時器部件原理

4.5.2看門狗定時器

4.5.3Timer部件

本章小結

習題4

第5章人機接口設計

5.1IP核的概述

5.1.1IP核的分類

5.1.2IP核的標準

5.2鍵盤接口

5.2.1按鍵的識別方法

5.2.2基於PS GPIO的鍵盤接口

5.2.3基於IP核擴展的鍵盤接口

5.3LED顯示接口

5.3.1LED顯示控制原理

5.3.2基於PS GPIO的LED接口

5.4OLED顯示接口

5.4.1OLED工作原理簡介

5.4.2基於PS GPIO的OLED接口

本章小結

習題5

第6章軟件平臺的構建

6.1啟動引導程序

6.1.1Zynq芯片的啟動方式

6.1.2Zynq芯片的啟動流程

6.1.3BootROM功能介紹

6.1.4一個啟動引導程序示例

6.2Linux內核與移植

6.2.1Linux內核概述

6.2.2Linux內核移植

6.2.3Linux內核編譯

6.3根文件系統

6.3.1Linux文件管理組織

6.3.2根文件結構

6.3.3Linux支持的文件系統類型

6.3.4Linux文件管理原理

6.3.5Linux根文件系統創建

6.4應用軟件的架構

6.4.1應用的復雜度

6.4.2Linux應用軟件開發步驟

本章小結

習題6

第7章Linux驅動程序設計

7.1驅動程序概述

7.1.1設備驅動原理

7.1.2驅動程序的開發任務

7.1.3Linux設備管理機制

7.2字符設備驅動設計

7.2.1字符設備驅動程序架構

7.2.2字符設備驅動程序示例

7.3塊設備驅動設計

7.3.1塊設備驅動程序架構

7.3.2塊設備驅動程序示例

7.4網絡設備驅動設計

7.4.1網絡設備驅動程序架構

7.4.2設備驅動層編程模式

7.4.3網絡設備驅動編程示例

本章小結

習題7

第8章有線通信網絡接口

8.1嵌入式系統網絡概述

8.1.1網絡結構

8.1.2網絡分類

8.1.3網絡傳輸技術

8.2RS485總線網絡接口

8.2.1RS485總線協議

8.2.2MODBUS協議

8.3CAN總線網絡接口

8.3.1CAN總線協議

8.3.2CAN總線接口設計示例

8.4以太網通信接口

8.4.1以太網接口電路

8.4.2網絡協議軟件實現

8.4.3工業以太網

本章小結

習題8

第9章無線通信網絡接口

9.1無線通信網絡概述

9.1.1無線通信原理

9.1.2無線通信網絡結構

9.2無線局域網接口設計

9.2.1WiFi網絡接口設計

9.2.2ZigBee網絡接口設計

9.3無線廣域網接口設計

9.3.14G網絡接口設計

9.3.2窄帶物聯網

本章小結

習題9

第10章軟硬件協同設計示例

10.1示例系統的總體設計

10.1.1系統軟硬件功能劃分

10.1.2系統硬件總體結構

10.1.3系統軟件總體結構

10.1.4系統運行的總流程

10.2前端模塊的詳細設計

10.2.1圖像采集功能的實現

10.2.2圖像格式轉換功能的實現

10.2.3圖像存儲功能的實現

10.3中端模塊的詳細設計

10.3.1DMA傳輸控制模塊實現

10.3.2中值濾波模塊實現

10.3.3直方圖均衡化模塊實現

10.4後端模塊的詳細設計

10.4.1VGA顯示控制實現

10.4.2UART傳輸圖像數據的實現

本章小結

習題10

附錄

參考文獻