嵌入式计算系统设计原理（原书第4版）

　　本书从组件技术的视角出发，介绍了嵌入式系统设计技术和技巧，并将安全性贯穿全书。全书每一章涵盖一个专题，包括与嵌人式系统设计相关的若干主要内容：指令系统、CPU、计算平台、程序设计与分析、进程和操作系统、系统设计技术、物联网、汽车与航天系统以及嵌入式多处理器等。本书适合作为计算机、电子信息、通信工程、自动化、机电一体化、仪器仪表及相关专业高年级本科生和研究生的教材，也适合相关的工程技术人员参考。

　　：作者简介： 玛里琳·沃尔夫（Marilyn Wolf）　佐治亚理工学院教授，佐治亚研究联合会学者，IEEE会士，ACM会士。1984~1989年任职于贝尔实验室，1989~2007年执教于普林斯顿大学。她于2003年获得ASEE Frederick E. Terman奖，于2006年获得IEEE电路与系统教育奖。：译者简介： 林水生 电子科技大学通信与信息工程学院教授，物联网工程系主任，全国物联网工程及相关专业教学指导小组成员。目前主要从事无线通信系统、无线传感器网络、通信集成电路设计等方面的研究工作。

目　录

出版者的话
译者序
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　嵌入式计算1
1.1　引言1
1.2　复杂系统与微处理器1
1.2.1　嵌入式计算机2
1.2.2　嵌入式计算应用的特点3
1.2.3　为什么使用微处理器4
1.2.4　信息物理系统6
1.2.5　防危性和安全性6
1.2.6　嵌入式计算系统设计所面临的挑战8
1.2.7　嵌入式计算系统的性能9
1.3　嵌入式系统设计过程9
1.3.1　需求10
1.3.2　规格说明14
1.3.3　体系结构设计14
1.3.4　设计硬件与软件组件16
1.3.5　系统集成16
1.3.6　系统设计的形式化方法16
1.3.7　结构描述17
1.3.8　行为描述20
1.4　设计示例：模型火车控制器22
1.4.1　需求23
1.4.2　DCC24
1.4.3　概念性规格说明25
1.4.4　详细规格说明27
1.4.5　经验总结32
1.5　本书导读32
1.5.1　第2章：指令集33
1.5.2　第3章：CPU33
1.5.3　第4章：计算平台33
1.5.4　第5章：程序设计与分析34
1.5.5　第6章：进程和操作系统34
1.5.6　第7章：系统设计技术35
1.5.7　第8章：物联网系统35
1.5.8　第9章：汽车和航天系统35
1.5.9　第10章：嵌入式多处理器36
1.6　总结36
我们学到了什么36
扩展阅读36
问题37
上机练习38
第2章　指令集39
2.1　引言39
2.2　预备知识39
2.2.1　计算机体系结构分类39
2.2.2　汇编语言41
2.2.3　VLIW处理器42
2.3　ARM处理器43
2.3.1　处理器和存储体系44
2.3.2　数据运算44
2.3.3　控制流程49
2.3.4　ARM的高级特性54
2.4　PICmicro系列中端微处理器55
2.4.1　处理器和存储体系55
2.4.2　数据操作55
2.4.3　控制流程57
2.5　TI C55x DSP58
2.5.1　处理器和存储体系58
2.5.2　寻址模式61
2.5.3　数据操作62
2.5.4　控制流程63
2.5.5　C语言编程指南64
2.6　TI C64x65
2.7　总结68
我们学到了什么68
扩展阅读68
问题68
上机练习69
第3章　CPU70
3.1　引言70
3.2　输入/输出编程70
3.2.1　输入/输出设备70
3.2.2　输入/输出原语72
3.2.3　忙等待I/O73
3.2.4　中断74
3.3　特权模式、异常和陷阱85
3.3.1　特权模式85
3.3.2　异常85
3.3.3　陷阱86
3.4　协处理器86
3.5　存储系统机制86
3.5.1　高速缓存87
3.5.2　存储管理单元和地址转换91
3.6　CPU性能94
3.6.1　流水线技术94
3.6.2　高速缓存的性能98
3.7　CPU的功耗99
3.7.1　CMOS功耗99
3.7.2　电源管理模式99
3.7.3　程序级电源管理101
3.8　防危性和安全性102
3.9　设计示例：数据压缩器103
3.9.1　需求和算法103
3.9.2　规格说明105
3.9.3　程序设计106
3.9.4　测试111
3.10　总结112
我们学到了什么112
扩展阅读112
问题112
上机练习115
第4章　计算平台116
4.1　引言116
4.2　基本的计算平台116
4.2.1　平台硬件组件116
4.2.2　平台软件组件118
4.3　CPU总线119
4.3.1　总线结构和协议119
4.3.2　直接内存访问124
4.3.3　系统总线配置125
4.4　存储设备和系统127
4.5　基于计算平台的系统设计129
4.5.1　示例平台129
4.5.2　选择平台129
4.5.3　知识产权131
4.5.4　开发环境132
4.5.5　看门狗定时器132
4.5.6　调试技术133
4.5.7　调试中的困难和挑战135
4.6　消费类电子设备的体系结构136
4.6.1　消费类电子设备的用例和需求136
4.6.2　文件系统137
4.7　平台级性能分析138
4.8　平台级电源管理141
4.9　设计示例：闹钟142
4.9.1　需求142
4.9.2　规格说明143
4.9.3　系统体系结构146
4.9.4　组件设计和测试147
4.9.5　系统集成和测试147
4.10　设计示例：音频播放器147
4.10.1　工作原理和需求147
4.10.2　规格说明149
4.10.3　系统体系结构150
4.10.4　组件设计和测试151
4.10.5　系统集成和调试151
4.11　总结151
我们学到了什么151
扩展阅读151
问题152
上机练习154
第5章　程序设计与分析155
5.1　引言155
5.2　嵌入式程序的组件155
5.2.1　状态机155
5.2.2　循环缓冲区和面向流的程序设计157
5.2.3　队列与生产者/消费者系统161
5.3　程序模型163
5.3.1　数据流图163
5.3.2　控制/数据流图164
5.4　汇编、链接和加载166
5.4.1　汇编器167
5.4.2　链接170
5.4.3　目标代码设计171
5.5　编译技术172
5.5.1　编译过程172
5.5.2　基本编译方法173
5.5.3　编译器优化方法179
5.6　程序级性能分析185
5.6.1　程序性能分析186
5.6.2　测量驱动的性能分析190
5.7　软件性能优化193
5.7.1　循环的基本优化193
5.7.2　针对高速缓存的优化194
5.7.3　性能优化策略196
5.8　程序级的能量和功率分析及优化197
5.9　程序长度的分析和优化199
5.10　程序验证和测试200
5.10.1　白盒测试201
5.10.2　黑盒测试205
5.10.3　功能性测试206
5.11　防危性与安全性207
5.12　设计示例：软件调制解调器207
5.12.1　工作原理和需求207
5.12.2　规格说明209
5.12.3　系统体系结构209
5.12.4　组件设计和测试210
5.12.5　系统集成和测试210
5.13　设计示例：数码相机210
5.13.1　工作原理和需求210
5.13.2　规格说明214
5.13.3