嵌入式軟件設計（第2版）

第1章嵌入式系統的基礎知識1
1.1嵌入式系統概述1
1.1.1嵌入式系統的組成2
1.1.2嵌入式系統的特點4
1.1.3嵌入式系統的分類5
1.1.4學習嵌入式系統應具備的基礎知識6
1.2嵌入式系統硬體基礎知識7
1.2.1輸入／輸出介面7
1.2.2時鐘振盪電路和時鐘單元8
1.2.3記憶體8
1.2.4中斷控制器9
1.2.5嵌入式微處理器10
1.3嵌入式系統匯流排13
1.3.1片級匯流排13
1.3.2板級匯流排19
1.3.3系統級匯流排22
1.3.4實例：UART串口通信開發25
1.4分散式嵌入式系統33
1.4.1分散式嵌入式系統結構33
1.4.2嵌入式系統廣域網路絡的無線接入方式34
1.4.3分散式工業控制嵌入式系統結構35
1.4.4無線感測器網路技術40
1.4.5邊緣計算43
 
第2章嵌入式系統軟硬體協同設計46
2.1系統思想46
2.1.1系統的定義及組成47
2.1.2重要的系統概念48
2.2系統工程思想49
2.2.1系統分析49
2.2.2系統設計50
2.2.3系統評價52
2.2.4工程系統建模52
2.2.5系統生存週期建模與優化53
2.3系統需求定義54
2.3.1嵌入式系統問題定義55
2.3.2需求定義的概念57
2.3.3聯合應用設計58
2.3.4嵌入式系統需求定義中常見的問題58
2.4軟硬體協同設計60
2.4.1軟硬體分開設計60
2.4.2軟硬體協同設計模型62
2.4.3軟硬體協同的嵌入式系統分析與設計63
2.4.4軟硬體任務劃分與軟硬體介面設計66
2.4.5模擬驗證69
2.4.6集成調試與綜合實現69
 
第3章即時軟體分析設計方法72
3.1即時軟體分析設計概述72
3.1.1即時系統的性能要求73
3.1.2即時系統的設計要素73
3.1.3嵌入式即時軟體系統的生存週期74
3.2結構化需求分析建模75
3.2.1資料流程分析76
3.2.2控制流分析80
3.2.3狀態遷移動態模型82
3.2.4實例83
3.3DARTS系統設計85
3.3.1劃分任務86
3.3.2定義任務介面88
3.3.3人員進出房間系統設計實例89
3.4簡單嵌入式軟體架構設計93
3.4.1單執行緒系統93
3.4.2事件驅動系統95
3.5任務設計98
3.5.1任務設計概述98
3.5.2人員進出房間系統任務設計實例99
3.6模組設計103
3.6.1模組設計概述103
3.6.2人員進出房間系統模組設計實例104
3.7任務與系統集成104
3.8即時軟體分析設計方法—CODARTS104
 
第4章複雜嵌入式軟體分析設計106
4.1物件導向需求分析106
4.1.1物件導向需求定義106
4.1.2物件導向需求分析建模113
4.1.3物件導向需求規格說明書122
4.2確定系統設計目標124
4.3複雜嵌入式軟體架構設計127
4.3.1系統分解127
4.3.2子系統到軟硬體的映射130
4.3.3開發環境和已有元件的選擇131
4.3.4併發134
4.3.5持續資料管理136
4.3.6存取控制策略136
4.3.7全域控制流機制136
4.3.8邊界條件的處理137
4.4人機交互設計137
4.5預期變化139
4.5.1設計模式概述140
4.5.2適配器設計模式141
4.5.3中斷設計模式143
4.5.4設計模式的應用146
4.6嵌入式軟體設計中應注意的問題148
 
第5章嵌入式作業系統與移植149
5.1嵌入式作業系統的特點149
5.2嵌入式作業系統的分類150
5.3幾種代表性的嵌入式作業系統151
5.4常見的嵌入式作業系統結構154
5.4.1單塊結構154
5.4.2層次結構154
5.4.3客戶/伺服器結構（微內核結構）155
5.5FreeRTOS移植156
5.5.1FreeRTOS簡介156
5.5.2FreeRTOS源碼目錄結構157
5.5.3FreeRTOS移植實例158
 
第6章板級支援包與設備驅動161
6.1BSP技術概述161
6.1.1什麼是BSP161
6.1.2BSP的作用與功能162
6.1.3常見的BSP實現方式和開發方法162
6.1.4主流嵌入式作業系統及其BSP技術164
6.2嵌入式系統的硬體初始化技術167
6.2.1嵌入式系統的硬體初始化167
6.2.2BSP與PC中BIOS硬體初始化的比較168
6.3嵌入式系統的引導技術169
6.3.1Boot Loader概述169
6.3.2嵌入式Linux的Boot Loader設計思想170
6.4嵌入式系統的設備驅動程式171
6.4.1驅動程式的重要性171
6.4.2機制與策略的問題172
6.4.3設備驅動的分層管理173
6.4.4設備類型和設備號173
6.4.5模組化程式設計174
6.4.6設備檔介面175
6.4.7字元驅動程式編寫實例175
6.5實例：STM32設備驅動程式179
6.5.1時鐘系統179
6.5.2GPIO180
6.5.3中斷182
6.5.4計時器186
6.5.5ADC189
 
第7章嵌入式資料庫192
7.1嵌入式資料庫概述192
7.1.1嵌入式資料庫的特點192
7.1.2嵌入式資料庫的體系結構193
7.2嵌入式資料庫的分類195
7.3資料庫應用設計196
7.4基於SQLite的嵌入式軟體持續資料管理 198
7.4.1SQLite簡介198
7.4.2SQLite應用201
7.4.3SQLite開發環境移植207
 
第8章嵌入式軟體圖形化使用者介面設計211
8.1人機交互介面設計概述211
8.1.1人機交互技術211
8.1.2使用者介面設計原則212
8.1.3介面設計活動212
8.1.4介面評價213
8.2圖形化使用者介面概述213
8.2.1圖形化使用者介面的基本特徵214
8.2.2圖形化使用者介面的結構模型214
8.2.3圖形化使用者介面的實現215
8.3圖形化使用者介面與嵌入式系統216
8.3.1嵌入式圖形化使用者介面的特點216
8.3.2嵌入式系統的圖形化使用者介面開發方案216
8.3.3嵌入式圖形化使用者介面的體系結構層次217
8.3.4嵌入式圖形化使用者介面主要技術分析219
8.4使用Qt/Embedded實現圖形化介面設計222
8.4.1Qt/Embedded的架構222
8.4.2搭建Qt/Embedded開發環境223
8.4.3編寫Qt/Embedded程式225
8.5C語言圖形介面程式設計227
8.5.1框架緩衝區227
8.5.2Framebuffer227
8.5.3Framebuffer核心函數229
8.5.4Framebuffer程式設計230
 
第9章嵌入式軟體可靠性設計232
9.1可靠性概述232
9.2可靠性涉及的性能指標233
9.3嵌入式系統的可靠性設計234
9.3.1嵌入式系統硬體可靠性設計235
9.3.2常用元器件的可靠性分析236
9.3.3提高嵌入式系統可靠性的具體措施237
9.4嵌入式軟體的可靠性設計238
9.4.1軟體可靠性與硬體可靠性的區別238
9.4.2影響軟體可靠性的因素 239
9.4.3提高軟體可靠性的方法和技術239
9.4.4軟體產品可靠性的評估242
9.4.5嵌入式軟體的可靠性設計243
9.5可靠性的管理245
 
第10章資源管理247
10.1功耗247
10.1.1功耗簡介247
10.1.2基於硬體的低功耗設計249
10.1.3基於軟體的低功耗設計251
10.1.4嵌入式低功耗的軟硬體協同設計254
10.2電源254
10.2.1電源基礎知識254
10.2.2電源管理技術255
10.2.3常用的節電方法258
10.3記憶體管理259
10.3.1記憶體管理概述259
10.3.2基本記憶體管理方案262
10.3.3常見即時系統的記憶體管理模式263
10.3.4記憶體洩漏268
10.3.5記憶體保護269
 
第11章嵌入式軟體發展環境270
11.1嵌入式軟體發展環境概述270
11.2嵌入式軟體調試方法概述272
11.2.1駐留監控軟體調試方法272
11.2.2基於JTAG方式的調試代理273
11.2.3指令集模擬器273
11.2.4線上模擬器 273
11.2.5ARM中基於JTAG的調試系統 274
11.3Linux 嵌入式系統開發環境275
11.3.1嵌入式Linux概述275
11.3.2嵌入式Linux開發環境架構276
11.3.3Linux開發工具278
11.3.4實例：建立嵌入式Linux-ARM開發環境285
11.3.5實例：實現“Hello World”程式286
11.4FreeRTOS嵌入式系統開發環境287
參考文獻293