嵌入式計算系統(tǒng)設(shè)計原理（原書第4版）

目　錄

出版者的話
譯者序
第1版序言
第4版前言
第3版前言
第2版前言
第1版前言
第1章　嵌入式計算1
1.1　引言1
1.2　復(fù)雜系統(tǒng)與微處理器1
1.2.1　嵌入式計算機2
1.2.2　嵌入式計算應(yīng)用的特點3
1.2.3　為什么使用微處理器4
1.2.4　信息物理系統(tǒng)6
1.2.5　防危性和安全性6
1.2.6　嵌入式計算系統(tǒng)設(shè)計所面臨的挑戰(zhàn)8
1.2.7　嵌入式計算系統(tǒng)的性能9
1.3　嵌入式系統(tǒng)設(shè)計過程9
1.3.1　需求10
1.3.2　規(guī)格說明14
1.3.3　體系結(jié)構(gòu)設(shè)計14
1.3.4　設(shè)計硬件與軟件組件16
1.3.5　系統(tǒng)集成16
1.3.6　系統(tǒng)設(shè)計的形式化方法16
1.3.7　結(jié)構(gòu)描述17
1.3.8　行為描述20
1.4　設(shè)計示例：模型火車控制器22
1.4.1　需求23
1.4.2　DCC24
1.4.3　概念性規(guī)格說明25
1.4.4　詳細規(guī)格說明27
1.4.5　經(jīng)驗總結(jié)32
1.5　本書導(dǎo)讀32
1.5.1　第2章：指令集33
1.5.2　第3章：CPU33
1.5.3　第4章：計算平臺33
1.5.4　第5章：程序設(shè)計與分析34
1.5.5　第6章：進程和操作系統(tǒng)34
1.5.6　第7章：系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)35
1.5.7　第8章：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)35
1.5.8　第9章：汽車和航天系統(tǒng)35
1.5.9　第10章：嵌入式多處理器36
1.6　總結(jié)36
我們學到了什么36
擴展閱讀36
問題37
上機練習38
第2章　指令集39
2.1　引言39
2.2　預(yù)備知識39
2.2.1　計算機體系結(jié)構(gòu)分類39
2.2.2　匯編語言41
2.2.3　VLIW處理器42
2.3　ARM處理器43
2.3.1　處理器和存儲體系44
2.3.2　數(shù)據(jù)運算44
2.3.3　控制流程49
2.3.4　ARM的高級特性54
2.4　PICmicro系列中端微處理器55
2.4.1　處理器和存儲體系55
2.4.2　數(shù)據(jù)操作55
2.4.3　控制流程57
2.5　TI C55x DSP58
2.5.1　處理器和存儲體系58
2.5.2　尋址模式61
2.5.3　數(shù)據(jù)操作62
2.5.4　控制流程63
2.5.5　C語言編程指南64
2.6　TI C64x65
2.7　總結(jié)68
我們學到了什么68
擴展閱讀68
問題68
上機練習69
第3章　CPU70
3.1　引言70
3.2　輸入/輸出編程70
3.2.1　輸入/輸出設(shè)備70
3.2.2　輸入/輸出原語72
3.2.3　忙等待I/O73
3.2.4　中斷74
3.3　特權(quán)模式、異常和陷阱85
3.3.1　特權(quán)模式85
3.3.2　異常85
3.3.3　陷阱86
3.4　協(xié)處理器86
3.5　存儲系統(tǒng)機制86
3.5.1　高速緩存87
3.5.2　存儲管理單元和地址轉(zhuǎn)換91
3.6　CPU性能94
3.6.1　流水線技術(shù)94
3.6.2　高速緩存的性能98
3.7　CPU的功耗99
3.7.1　CMOS功耗99
3.7.2　電源管理模式99
3.7.3　程序級電源管理101
3.8　防危性和安全性102
3.9　設(shè)計示例：數(shù)據(jù)壓縮器103
3.9.1　需求和算法103
3.9.2　規(guī)格說明105
3.9.3　程序設(shè)計106
3.9.4　測試111
3.10　總結(jié)112
我們學到了什么112
擴展閱讀112
問題112
上機練習115
第4章　計算平臺116
4.1　引言116
4.2　基本的計算平臺116
4.2.1　平臺硬件組件116
4.2.2　平臺軟件組件118
4.3　CPU總線119
4.3.1　總線結(jié)構(gòu)和協(xié)議119
4.3.2　直接內(nèi)存訪問124
4.3.3　系統(tǒng)總線配置125
4.4　存儲設(shè)備和系統(tǒng)127
4.5　基于計算平臺的系統(tǒng)設(shè)計129
4.5.1　示例平臺129
4.5.2　選擇平臺129
4.5.3　知識產(chǎn)權(quán)131
4.5.4　開發(fā)環(huán)境132
4.5.5　看門狗定時器132
4.5.6　調(diào)試技術(shù)133
4.5.7　調(diào)試中的困難和挑戰(zhàn)135
4.6　消費類電子設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)136
4.6.1　消費類電子設(shè)備的用例和需求136
4.6.2　文件系統(tǒng)137
4.7　平臺級性能分析138
4.8　平臺級電源管理141
4.9　設(shè)計示例：鬧鐘142
4.9.1　需求142
4.9.2　規(guī)格說明143
4.9.3　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)146
4.9.4　組件設(shè)計和測試147
4.9.5　系統(tǒng)集成和測試147
4.10　設(shè)計示例：音頻播放器147
4.10.1　工作原理和需求147
4.10.2　規(guī)格說明149
4.10.3　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)150
4.10.4　組件設(shè)計和測試151
4.10.5　系統(tǒng)集成和調(diào)試151
4.11　總結(jié)151
我們學到了什么151
擴展閱讀151
問題152
上機練習154
第5章　程序設(shè)計與分析155
5.1　引言155
5.2　嵌入式程序的組件155
5.2.1　狀態(tài)機155
5.2.2　循環(huán)緩沖區(qū)和面向流的程序設(shè)計157
5.2.3　隊列與生產(chǎn)者/消費者系統(tǒng)161
5.3　程序模型163
5.3.1　數(shù)據(jù)流圖163
5.3.2　控制/數(shù)據(jù)流圖164
5.4　匯編、鏈接和加載166
5.4.1　匯編器167
5.4.2　鏈接170
5.4.3　目標代碼設(shè)計171
5.5　編譯技術(shù)172
5.5.1　編譯過程172
5.5.2　基本編譯方法173
5.5.3　編譯器優(yōu)化方法179
5.6　程序級性能分析185
5.6.1　程序性能分析186
5.6.2　測量驅(qū)動的性能分析190
5.7　軟件性能優(yōu)化193
5.7.1　循環(huán)的基本優(yōu)化193
5.7.2　針對高速緩存的優(yōu)化194
5.7.3　性能優(yōu)化策略196
5.8　程序級的能量和功率分析及優(yōu)化197
5.9　程序長度的分析和優(yōu)化199
5.10　程序驗證和測試200
5.10.1　白盒測試201
5.10.2　黑盒測試205
5.10.3　功能性測試206
5.11　防危性與安全性207
5.12　設(shè)計示例：軟件調(diào)制解調(diào)器207
5.12.1　工作原理和需求207
5.12.2　規(guī)格說明209
5.12.3　系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)209
5.12.4　組件設(shè)計和測試210
5.12.5　系統(tǒng)集成和測試210
5.13　設(shè)計示例：數(shù)碼相機210
5.13.1　工作原理和需求210
5.13.2　規(guī)格說明214
5.13.3