嵌入式系统：从SoC芯片到系统（第2版）

　　本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，全书分为三个部分：基础篇、应用篇和提高篇。基础篇以SEP4020为平台介绍嵌入式微处理器的原理和开发，应用篇以GE01开发板为例介绍基于嵌入式微处理器的硬件开发，以ASIX OS操作系统为例介绍基于嵌入式操作系统的嵌入式软件开发，最后在提高篇中介绍了mClinux和mC/OS嵌入式操作系统在GE01开发板上的移植。

　　凌明，东南大学教授，东南大学电子科学与工程学院副院长，东南大学集成电路学院院长，东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心。南京博芯电子有限公司总经理。长期从事集成电路、电子系统设计方面的科研和教学工作，出版多部专业教材和专著，科研、教学、写作经验丰富。

目 录
第1章 嵌入式系统概况\t1
1．1 什么是嵌入式系统\t1
1．2 嵌入式系统的应用与分类\t2
1．2．1 基于实时性的分类\t2
1．2．2 基于应用的分类\t2
1．2．3 移动互联网\t3
1．2．4 物联网\t4
1．3 嵌入式系统的产业链\t6
1．4 嵌入式系统的知识体系\t7
1．5 案例：MP3播放器\t9
思考题\t10
扩展阅读\t11
第2章 嵌入式系统中SoC的硬件架构\t12
2．1 SoC硬件架构概述\t12
2．2 互联结构\t15
2．2．1 常见互联结构分类\t15
2．2．2 地址空间\t20
2．2．3 常见互联结构接口协议\t23
2．3 中央处理器\t32
2．4 中断控制器\t32
2．5 存储系统\t34
2．6 直接存储器访问（DMA）\t35
2．6．1 scatter-gather DMA\t36
2．6．2 SEP4020芯片中的DMA控制器\t37
2．6．3 DMAC驱动\t40
2．7 外设接口控制器\t40
2．7．1 高速通信接口控制器\t40
2．7．2 低速通信接口控制器\t41
2．7．3 人机界面控制器\t41
2．8 案例：SoC架构设计\t41
2．8．1 S3C44B0X\t41
2．8．2 S3C6410\t42
2．8．3 OMAP3530\t43
2．8．4 SEP4020\t43
2．8．5 SEP6200\t44
思考题\t47
扩展阅读\t47
第3章 嵌入式系统的开发和调试\t48
3．1 嵌入式系统的一般开发过程\t48
3．1．1 交叉编译\t49
3．1．2 链接\t50
3．1．3 调试\t50
3．2 调试方式介绍\t51
3．2．1 模拟器\t53
3．2．2 驻留监控软件\t60
3．2．3 在线仿真调试\t62
3．2．4 片上在线仿真调试\t62
3．2．5 跟踪（Trace）技术\t63
3．2．6* CoreSight调试与跟踪技术简介\t65
3．3 基于JTAG接口的片上在线仿真\t70
3．3．1 JTAG简介\t70
3．3．2 基于JTAG的片上在线仿真的系统结构\t75
3．3．3* ARM7TDMI内核调试原理\t76
3．4 ARM的集成开发环境\t82
3．4．1 ADS集成开发环境\t83
3．4．2 DS-5集成开发环境\t83
3．4．3 MDK集成开发环境\t89
3．5 嵌入式软件的执行镜像与启动过程\t94
3．5．1 ARM链接器的输出文件的加载视图与执行视图\t95
3．5．2 基于ROM的程序执行\t97
3．5．3 基于RAM的程序执行\t97
3．5．4 ROM/RAM重映射\t98
思考题\t98
扩展阅读\t98
第4章 SoC中的CPU内核\t100
4．1 CPU的基本概念\t100
4．1．1 CPU的发展\t100
4．1．2 复杂指令集（CISC）与精简指令集（RISC）\t103
4．1．3 CPU的流水线技术\t104
4．1．4* CPU的分支预测技术\t106
4．1．5* 乱序超标量处理器\t110
4．1．6* SIMD和向量处理器\t114
4．1．7* VLIW处理器\t115
4．1．8* EPIC处理器\t116
4．2 ARM内核\t116
4．2．1 ARM介绍\t116
4．2．2 ARM7TDMI编程模型\t121
4．2．3 ARM7TDMI的指令集\t131
4．2．4 ARM7TDMI汇编语言\t143
4．2．5 ARM7TDMI异常处理\t146
4．2．6 ARM汇编程序与C程序\t153
4．2．7* ARM处理器的多核技术\t158
4．2．8* ARM处理器的最新发展\t164
4．3* 其他CPU介绍\t169
4．3．1 MIPS体系架构\t170
4．3．2 龙芯处理器\t175
4．3．3 UniCore-2 处理器\t178
4．4* 其他类型的计算引擎\t181
4．4．1* GPU\t181
4．4．2* 可重构计算\t187
案例：REMUS-II粗粒度可重构计算架构\t196
思考题\t201
扩展阅读\t202
第5章 存储子系统\t203
5．1 存储子系统概述\t203
5．2 高速缓存Cache\t204
5．2．1 Cache的基本组成\t204
5．2．2 Cache的基本原理\t206
5．2．3* Cache缺失与访问冲突\t212
5．2．4* Cache一致性问题\t216
5．2．5 Cache和SPM的比较\t218
5．2．6* ARM Cortex A8处理器的Cache架构\t221
5．3 虚拟存储器\t222
5．3．1 虚拟内存技术的基本原理\t222
5．3．2 虚实地址映射与转换\t224
5．3．3 快速地址转换技术\t227
5．3．4 地址保护机制\t228
5．3．5 处理缺页和TLB缺失\t230
5．3．6 ARM Cortex A系列处理器的虚存管理\t230
5．4 片外存储器\t234
5．4．1 静态随机存储器（SRAM）\t235
5．4．2 动态随机存储器（DRAM）\t237
5．4．3 非易失性存储器\t250
5．5 外部存储器接口\t258
5．5．1 SEP4020芯片的外部存储器接口EMI\t258
5．5．2 SEP4020芯片EMI的初始化与配置\t261
5．5．3 OMAP4460处理器的外部存储器接口\t266
5．6* 存储子系统优化技术\t267
5．6．1 存储子系统的技术指标\t267
5．6．2 DDR控制器的优化\t271
5．6．3 片上存储器布局优化技术\t276
案例：高能效高清媒体处理器的访存QoS\t279
思考题\t284
扩展阅读\t285
第6章 外设接口\t288
6．1 低速通信接口\t288
6．1．1 异步串行通信UART\t288
6．1．2 同步串行通信\t294
6．2 高速通信接口\t299
6．2．1 通用串行总线USB\t299
6．2．2* 10/100M以太网MAC网络接口\t304
6．3 人机接口\t313
6．3．1 液晶显示器接口\t313
6．3．2 音频接口\t322
6．3．3 触摸屏接口\t326
6．4 定时器\t332
6．4．1 通用定时器\t332
6．4．2 RTC\t333
思考题\t335
扩展阅读\t336
第7章 嵌入式系统软件概述\t337
7．1 嵌入式系统的软件框架\t337
7．1．1 嵌入式系统软件所面临的挑战\t337
7．1．2 嵌入式软件的层次框架\t338
7．2 嵌入式操作系统的基本原理\t340
7．2．1 嵌入式操作系统简介\t340
7．2．2 嵌入式操作系统的内核\t341
7．2．3 任务管理与调度\t342
7．2．4 任务间通信\t348
7．2．5 中断管理\t350
7．3* Android操作系统简介\t356
7．3．1 Android操作系统的层次\t357
7．3．2 Android虚拟机\t358
7．3．3 Android的任务间通信机制\t366
7．3．4 Android的安全机制\t371
案例：基于SEP4020的EPOS软件平台设计\t375
思考题\t378
扩展阅读\t378
第8章 嵌入式系统功耗优化\t380
8．1 嵌入式系统功耗优化概述\t380
8．1．1 嵌入式系统的功耗问题\t380
8．1．2 SoC芯片级功耗优化\t381
8．1．3 嵌入式系统级功耗优化\t385
8．2 SoC芯片级低功耗设计方法\t386
8．2．1 时钟门控\t387
8．2．2 多电压域技术\t389
8．2．3 电源门控技术\t390
8．2．4* 动态电压频率调节和自适应调节\t392
案例：SoC芯片低功耗设计\t397
8．3 嵌入式系统级低功耗设计方法\t400
8．3．1 嵌入式系统级功耗优化技术介绍\t400
8．3．2 动态电源管理DPM\t401
8．3．3 动态电压调节DVS\t403
8．3．4 动态电压频率调节DVFS\t405
案例：整机系统级低功耗设计\t407
思考题\t412
扩展阅读\t412