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第1章 嵌入式系统概况1

1.1 什么是嵌入式系统1

1.2 嵌入式系统的应用与分类2

1.2.1 基于实时性的分类2

1.2.2 基于应用的分类2

1.2.3 移动互联网3

1.2.4 物联网4

1.3 嵌入式系统的产业链6

1.4 嵌入式系统的知识体系7

1.5 案例：MP3播放器9

思考题10

扩展阅读11

第2章 嵌入式系统中SoC的硬件架构12

2.1 SoC硬件架构概述12

2.2 互联结构15

2.2.1 常见互联结构分类15

2.2.2 地址空间20

2.2.3 常见互联结构接口协议23

2.3 中央处理器32

2.4 中断控制器32

2.5 存储子系统34

2.6 直接存储器访问（DMA）35

2.6.1 scatter-gather DMA36

2.6.2 SEP4020芯片中的DMA控制器37

2.6.3 DMAC驱动40

2.7 外设接口控制器40

2.7.1 高速通信接口控制器40

2.7.2 低速通信接口控制器41

2.7.3 人机界面控制器41

2.8 案例：SoC架构设计41

2.8.1 S3C44B0X41

2.8.2 S3C641042

2.8.3 OMAP353043

2.8.4 SEP402043

2.8.5 SEP620044

思考题47

扩展阅读47

第3章 嵌入式系统的开发和调试48

3.1 嵌入式系统的一般开发过程48

3.1.1 交叉编译49

3.1.2 链接50

3.1.3 调试50

3.2 调试方式介绍51

3.2.1 模拟器53

3.2.2 驻留监控软件60

3.2.3 在线仿真调试62

3.2.4 片上在线仿真调试62

3.2.5 跟踪（Trace）技术63

3.2.6 CoreSight调试与跟踪技术简介65

3.3 基于JTAG接口的片上在线仿真70

3.3.1 JTAG简介70

3.3.2 基于JTAG的片上在线仿真的系统结构75

3.3.3 ARM7TDMI内核调试原理76

3.4 ARM的集成开发环境82

3.4.1 ADS集成开发环境83

3.4.2 DS-5集成开发环境83

3.4.3 MDK集成开发环境89

3.5 嵌入式软件的执行镜像与启动过程94

3.5.1 ARM链接器的输出文件的加载视图与执行视图95

3.5.2 基于ROM的程序执行97

3.5.3 基于RAM的程序执行97

3.5.4 ROM/RAM重映射98

思考题98

扩展阅读98

第4章 SoC中的CPU内核100

4.1 CPU的基本概念100

4.1.1 CPU的发展100

4.1.2 复杂指令集（CISC）与精简指令集（RISC）103

4.1.3 CPU的流水线技术104

4.1.4 CPU的分支预测技术106

4.1.5 乱序超标量处理器110

4.1.6 SIMD和向量处理器114

4.1.7 VLIW处理器115

4.1.8 EPIC处理器116

4.2 ARM内核116

4.2.1 ARM介绍116

4.2.2 ARM7TDMI编程模型121

4.2.3 ARM7TDMI的指令集131

4.2.4 ARM7TDMI汇编语言143

4.2.5 ARM7TDMI异常处理146

4.2.6 ARM汇编程序与C程序153

4.2.7 ARM处理器的多核技术158

4.2.8 ARM处理器的最新发展164

4.3 其他CPU介绍169

4.3.1 MIPS体系架构170

4.3.2 龙芯处理器175

4.3.3 UniCore-2处理器178

4.4 其他类型的计算引擎181

4.4.1 GPU181

4.4.2 可重构计算187

案例：REMUS-Ⅱ粗粒度可重构计算架构196

思考题201

扩展阅读202

第5章 存储子系统203

5.1 存储子系统概述203

5.2 高速缓存Cache204

5.2.1 Cache的基本组成204

5.2.2 Cache的基本原理206

5.2.3 Cache缺失与访问冲突212

5.2.4 Cache一致性问题216

5.2.5 Cache和SPM的比较218

5.2.6 ARM Cortex A8处理器的Cache架构221

5.3 虚拟存储器222

5.3.1 虚拟内存技术的基本原理222

5.3.2 虚实地址映射与转换224

5.3.3 快速地址转换技术227

5.3.4 地址保护机制228

5.3.5 处理缺页和TLB缺失230

5.3.6 ARM Cortex A系列处理器的虚存管理230

5.4 片外存储器234

5.4.1 静态随机存储器（SRAM）235

5.4.2 动态随机存储器（DRAM）237

5.4.3 非易失性存储器250

5.5 外部存储器接口258

5.5.1 SEP4020芯片的外部存储器接口EMI258

5.5.2 SEP4020芯片EMI的初始化与配置261

5.5.3 OMAP4460处理器的外部存储器接口266

5.6 存储子系统优化技术267

5.6.1 存储子系统的技术指标267

5.6.2 DDR控制器的优化271

5.6.3 片上存储器布局优化技术276

案例：高能效高清媒体处理器的访存QoS279

思考题284

扩展阅读285

第6章 外设接口288

6.1 低速通信接口288

6.1.1 异步串行通信UART288

6.1.2 同步串行通信294

6.2 高速通信接口299

6.2.1 通用串行总线USB299

6.2.2 10/100M以太网MAC网络接口304

6.3 人机接口313

6.3.1 液晶显示器接口313

6.3.2 音频接口322

6.3.3 触摸屏接口326

6.4 定时器332

6.4.1 通用定时器332

6.4.2 RTC333

思考题335

扩展阅读336

第7章 嵌入式系统软件概述337

7.1 嵌入式系统的软件框架337

7.1.1 嵌入式系统软件所面临的挑战337

7.1.2 嵌入式软件的层次框架338

7.2 嵌入式操作系统的基本原理340

7.2.1 嵌入式操作系统简介340

7.2.2 嵌入式操作系统的内核341

7.2.3 任务管理与调度342

7.2.4 任务间通信348

7.2.5 中断管理350

7.3 Android操作系统简介356

7.3.1 Android操作系统的层次356

7.3.2 Android虚拟机358

7.3.3 Android的任务间通信机制366

7.3.4 Android的安全机制371

案例：基于SEP4020的EPOS软件平台设计375

思考题378

扩展阅读378

第8章 嵌入式系统功耗优化379

8.1 嵌入式系统功耗优化概述379

8.1.1 嵌入式系统的功耗问题379

8.1.2 SoC芯片级功耗优化380

8.1.3 嵌入式系统级功耗优化384

8.2 SoC芯片级低功耗设计方法385

8.2.1 时钟门控386

8.2.2 多电压域技术388

8.2.3 电源门控技术389

8.2.4 动态电压频率调节和自适应调节391

案例：SoC芯片低功耗设计396

8.3 嵌入式系统级低功耗设计方法399

8.3.1 嵌入式系统级功耗优化技术介绍399

8.3.2 动态电源管理DPM400

8.3.3 动态电压调节DVS402

8.3.4 动态电压频率调节DVFS404

案例：整机系统级低功耗设计406

思考题411

扩展阅读411