嵌入式软件开发精解

译者序

序

前言

第1版前言

网站上的内容

嵌入式软件开发路线图

第1章　嵌入式软件

1.1　嵌入式应用的影响

1.1.1　来自开发的挑战

1.1.2　软件复用

1.1.3　实时操作系统

1.1.4　文件系统

1.1.5　USB

1.1.6　图形

1.1.7　网络

1.1.8　小结

1.2　嵌入式系统的存储器

1.2.1　存储器

1.2.2　软件开发面临的挑战

1.2.3　所有东西都会出错

1.2.4　好的解决方法

1.3　存储器架构

1.3.1　选项

1.3.2　平面单一地址空间存储器

1.3.3　分段空间存储器

1.3.4　单元切换空间存储器

1.3.5　多地址空间存储器

1.3.6　虚拟空间存储器

1.3.7　高速缓冲存储器

1.3.8　存储器管理单元

1.3.9　小结

1.4　软件是如何影响硬件设计的

1.4.1　谁在设计硬件

1.4.2　软件主导硬件

1.4.3　软硬件的均衡

1.4.4　硬件调试

1.4.5　自检

1.4.6　小结

1.5　将软件移植到新处理器架构上

1.5.1　特定目标

1.5.2　RTOS问题

1.5.3　处理器移植和开放标准

1.5.4　小结

1.6　汽车电子的嵌入式软件

1.6.1　概要

1.6.2　汽车电子特征

1.6.3　编程问题

1.6.4　实时操作系统因素

1.6.5　小结

1.7　芯片设计时如何选择CPU

1.7.1　设计复杂度

1.7.2　设计复用性

1.7.3　存储器架构和保护

1.7.4　CPU性能

1.7.5　功耗

1.7.6　成本

1.7.7　软件问题

1.7.8　多核SoC

1.7.9　小结

1.8　USB软件的介绍

1.8.1　什么是USB

1.8.2　USB外设

1.8.3　USB通信

1.8.4　USB软件

1.8.5　USB和嵌入式系统

1.8.6　小结

1.9　走向USB 3.0时代

1.9.1　概述

1.9.2　总线架构

1.9.3　线缆和连接器

1.9.4　封包路由

1.9.5　双向协议流

1.9.6　批量流

1.9.7　USB 3.0电源管理

1.9.8　USB 3.0集线器

1.9.9　xHCI：新型主控制器接口

1.9.10　USB的未来应用

1.9.11　小结

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第2章　设计和开发

2.1　嵌入式系统软件开发的新兴技术

2.1.1　微处理器技术

2.1.2　系统架构

2.1.3　设计组合性

2.1.4　软件内容

2.1.5　编程语言

2.1.6　软件团队的规模和分布

2.1.7　UML和建模

2.1.8　关键技术

2.1.9　小结

2.2　选择开发工具

2.2.1　开发工具链

2.2.2　编译器特征

2.2.3　嵌入式系统的扩展

2.2.4　优化

2.2.5　构建工具：简要介绍关键问题

2.2.6　调试

2.2.7　调试工具：关键问题的回顾

2.2.8　标准和开发工具集成

2.2.9　选择的暗示

2.2.10　小结

2.3　Eclipse：集成嵌入式开发工具

2.3.1　介绍

2.3.2　Eclipse平台的思想

2.3.3　平台

2.3.4　使用Eclipse进行嵌入式开发

2.3.5　小结

2.4　跨越RTOS界限的开发系统

2.4.1　标准化是解决之道

2.4.2　Eclipse解决方案

2.4.3　Eclipse插件

2.4.4　Eclipse授权

2.4.5　Eclipse用户优势

2.4.6　视图

2.4.7　非嵌入式插件

2.5　嵌入式软件和UML

2.5.1　为什么要用UML建模

2.5.2　从架构中分离应用

2.5.3　xtUML代码生成

2.5.4　小结

2.6　用户界面开发

2.6.1　用户界面的多样性

2.6.2　用户界面的实现

2.6.3　一个合理化的UI解决方案

2.6.4　小结

2.7　软件和功耗

2.7.1　介绍

2.7.2　软件问题

2.7.3　软件中的功耗控制

2.7.4　多核

2.7.5　硬件问题

2.7.6　虚拟编程

2.7.7　小结

第3章　编程

3.1　为特殊存储器编程

3.1.1　特殊存储器

3.1.2　非易失性RAM

3.1.3　共享存储器

3.1.4　小结

3.2　嵌入式系统中的自检

3.2.1　存储器测试

3.2.2　I/O设备

3.2.3　多线程问题

3.2.4　看门狗

3.2.5　自检失败

3.2.6　最后一些要点

3.3　命令行解释器

3.3.1　嵌入式系统的诊断功能

3.3.2　让嵌入式系统开始运行

3.3.3　命令行解释器--需求

3.3.4　设计命令行解释器

3.3.5　命令行解释器的实现

3.3.6　命令行解释器的原型代码

3.3.7　小结

3.4　嵌入式软件应用：交通信号灯

3.4.1　应用程序

3.4.2　硬件配置

3.4.3　程序的实现

3.4.4　主循环

3.4.5　中断

3.4.6　延时

3.4.7　信号灯

3.4.8　使用全局变量

第4章　C语言

4.1　共同变量

4.2　C函数的原型

4.2.1　在函数原型之前

4.2.2　函数原型的应用

4.2.3　使用函数原型

4.3　中断函数和ANSI关键字

4.3.1　中断函数

4.3.2　ANSI C const关键字

4.3.3　ANSI C volatile关键字

4.4　从位开始

4.4.1　位运算

4.4.2　二进制常量

4.4.3　结构体中的位域

4.4.4　微处理器位域指令

4.4.5　I/O设备和位域

4.4.6　小结

4.5　浮点数在编程中的应用

4.5.1　示例

4.5.2　程序实测

4.5.3　问题的解答

4.5.4　从教训中学习

4.6　从不同的角度看待C语言

4.6.1　静态数据

4.6.2　关于分号

4.6.3　指针和指针运算

4.6.4　聪明反被聪明误

4.6.5　小结

4.7　减少函数调用的开销

4.7.1　编译器和结构化代码

4.7.2　内联函数

4.7.3　函数调用

4.7.4　参数传递

4.7.5　局部存储

4.7.6　生成堆栈帧

4.7.7　返回值

4.7.8　小结

4.8　精通结构布局

4.8.1　关键概念

4.8.2　位域

4.8.3　提示和技巧

4.9　C语言编程和存储器

4.9.1　存储器

4.9.2　段

4.9.3　小结

4.10　C/C++中的指针和数组

4.10.1　指针和指针运算

4.10.2　数组和指针

4.10.3　小结

4.11　C/C++中的动态存储

4.11.1　C/C++存储空间

4.11.2　C语言中的动态存储

4.11.3　C++中的动态存储

4.11.4　和动态存储相关的问题

4.11.5　存储空间碎片化

4.11.6　RTOS中的存储管理

4.11.7　实时存储解决方案

4.11.8　小结

第5章　C++

5.1　从管理的角度看嵌入式系统中的C++

5.1.1　嵌入式系统开发团队

5.1.2　面向对象编程

5.1.3　团队管理和面向对象方法

5.1.4　作为面向对象语言的C++

5.1.5　开销

5.1.6　前方的路

5.2　为什么要从C转向C++

5.2.1　隐藏具体实现的细节

5.2.2　重用类的代码

5.2.3　重用通用的类

5.2.4　扩展操作符的功能

5.2.5　从基类中衍生新的类

5.2.6　通过函数原型避免错误

5.2.7　增加函数参数而不改变调用语句

5.2.8　使用更加简单和安全的I/O

5.2.9　通过内联函数提升性能

5.2.10　重载函数名

5.2.11　对嵌入式系统的支持

5.2.12　转变的代价

5.2.13　向C++中引入C代码

5.2.14　难点：设计对象

5.2.15　如果没有出现问题，就不要去改变

5.3　扫清通向C++的障碍

5.3.1　过渡策略

5.3.2　循序渐进

5.3.3　实现可重用性

5.3.4　编写Clean C代码

5.3.5　C+：接近C++

5.3.6　小结：前方的路

5.4　C++模板的优势与劣势

5.4.1　什么是模板

5.4.2　模板的实例化

5.4.3　模板带来的问题

5.4.4　多个模板参数

5.4.5　模板的其他应用

5.4.6　小结

5.4.7　后记

5.5　C++的异常处理

5.5.1　C语言中的错误处理

5.5.2　异常和中断无关

5.5.3　C++的异常处理

5.5.4　特殊情况

5.5.5　EHS和嵌入式系统

5.5.6　小结

5.6　C++的代码大小和性能

5.6.1　C++比C语言更高效吗

5.6.2　C++对内存需求的影响

5.6.3　正确使用C++

5.6.4　小结

5.7　C++中的只写端口

5.7.1　封装专业知识

5.7.2　问题的定义

5.7.3　C语言的解决方案

5.7.4　使用C++进行尝试

5.7.5　重载操作符

5.7.6　对wop类进行增强

5.7.7　可重入性

5.7.8　使用RTOS

5.7.9　封装专业知识

5.7.10　其他的可能性

5.7.11　前方的路

5.8　在C++中使用非易失性RAM

5.8.1　程序编制对类定义的需求

5.8.2　NVRAM的实现

5.8.3　C++的nvram类

5.8.4　继续改进nvram类

5.8.5　小结

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第6章　实时性

6.1　实时系统

6.1.1　实时系统的实现

6.1.2　处理循环

6.1.3　中断

6.1.4　多任务

6.1.5　使用实时操作系统

6.2　嵌入式系统的可视化程序模型

6.2.1　哪种程序模型最适合用来构建实时系统

6.2.2　为何要为实时系统建立模型

6.2.3　各种模型之间有什么不同，各有什么优缺点

6.2.4　什么是单线程程序模型

6.2.5　单线程程序模型有什么优缺点

6.2.6　轮询循环是不是一个单线程程序

6.2.7　状态机是不是一个单线程程序

6.2.8　什么是多线程系统

6.2.9　多线程程序模型有哪些优缺点

6.2.10　多线程真的同时运行吗

6.2.11　如何获取实时系统的多线程环境

6.3　嵌入式系统的事件处理

6.3.1　事件

6.3.2　信号和事件是不是同一回事

6.3.3　什么样的事件是时间敏感的

6.3.4　当侦测到一个异常，微处理器如何处理

6.3.5　所有的异常都一样吗

6.3.6　同步异常

6.3.7　异步异常

6.3.8　中断是如何产生的和服务的

6.3.9　CPU保存的状态是什么

6.3.10　机器状态就是线程状态吗

6.3.11　异常处理程序应该用汇编语言还是C语言来写

6.3.12　怎样避免在异常处理程序上花费时间

6.4　中断程序

6.4.1　设置中断

6.4.2　中断服务例程

6.4.3　中断向量

6.4.4　初始化

6.4.5　小结

第7章　实时操作系统

7.1　RTOS的调试技术

7.1.1　概要

7.1.2　多进程的概念

7.1.3　执行环境

7.1.4　与目标机连接

7.1.5　调试模式

7.1.6　RTOS级的调试功能

7.1.7　代码共享

7.1.8　任务级的断点

7.1.9　任务相关性

7.1.10　内存管理单元

7.1.11　多处理器

7.1.12　小结

7.2　自己开发的RTOS调试解决方案

7.2.1　任务级调试的实现

7.2.2　任务级调试工具

7.2.3　小结

7.3　调试：堆栈溢出

7.4　何时考虑使用商业化RTOS

7.4.1　商用化RTOS和自己开发RTOS

7.4.2　商业化RTOS的优点

7.4.3　商业化RTOS的缺点

7.4.4　为什么要自己开发RTOS

7.4.5　不自己开发RTOS的理由

7.4.6　小结

7.5　移植RTOS

7.5.1　从一个RTOS转移到另一个RTOS

7.5.2　代码移植

7.5.3　封装

7.5.4　驱动和其他

7.5.5　调试问题

7.5.6　小结

7.6　RTOS驱动程序开发简介

7.6.1　设备驱动的两个方面

7.6.2　数据损坏

7.6.3　线程控制

7.6.4　程序逻辑

7.6.5　小结

7.7　调度算法和优先级反转

7.7.1　概要

7.7.2　实时性需求

7.7.3　调度算法

7.7.4　操作系统和应用的含义

7.7.5　小结

7.8　时间与优先级调度比较

7.8.1　RTOS调度

7.8.2　理想世界

7.8.3　现实世界中的优先级调度

7.8.4　不释放控制权的时域限制

7.8.5　释放控制权的时域限制

7.8.6　小结

7.9　嵌入式文件系统

7.9.1　嵌入式文件系统的需求

7.9.2　MS-DOS文件系统介绍

7.9.3　长文件名

7.9.4　格式化

7.9.5　分区

7.9.6　设备

7.10　OSEK：一种RTOS标准

7.10.1　OSEK简介

7.10.2　OSEK需求

7.10.3　OSEK的任务

7.10.4　报警

7.10.5　错误处理

第8章　网络

8.1　Wi-Fi简介

8.1.1　无线数据通信

8.1.2　IEEE 802.11

8.1.3　802.11基础知识

8.1.4　Wi-Fi和蓝牙

8.1.5　发展前景

8.2　哪些人需要Web服务器

8.2.1　简介

8.2.2　三个重要的功能

8.2.3　Web服务器的运行

8.2.4　Web 服务器功能总结

8.2.5　其他需要考虑的地方

8.2.6　小结

8.3　SNMP介绍

8.3.1　为什么使用SNMP

8.3.2　网络管理者的职责

8.3.3　架构模型

8.3.4　公众的误解

8.3.5　应用级的管理者和代理

8.3.6　如何编写MIB

8.3.7　术语

8.3.8　结论

8.4　下一代互联网协议：IPv6

8.4.1　互联网协议的局限

8.4.2　IP 第6版介绍

8.4.3　双栈简化过渡

8.4.4　IPv6如何工作

8.4.5　RFC支持

8.5　DHCP基础

8.5.1　DHCP服务器

8.5.2　工作原理

8.5.3　RFC支持

8.6　NAT详解

8.6.1　NAT详解

8.6.2　RFC支持

8.6.3　支持的协议

8.6.4　应用级网关

8.6.5　私有网络地址分配

8.7　PPP：点对点协议

8.7.1　介绍

8.7.2　PPP如何工作

8.7.3　PPP 详解

8.7.4　RFC支持

8.8　SSL 介绍

8.8.1　介绍

8.8.2　SSL如何工作

8.8.3　一些SSL细节

8.9　DHCP调试小技巧

8.10　IP多播

8.10.1　多播初始化

8.10.2　IGMP 协议

8.10.3　多播的实现

8.10.4　小结

第9章　开源软件、嵌入式Linux和Android

9.1　嵌入式开发的GNU工具链：构建还是购买

9.1.1　介绍

9.1.2　工具链的组件

9.1.3　构建工具链

9.1.4　验证工具链

9.1.5　测试的各种选择

9.1.6　小结

9.2　嵌入式Linux简介

9.2.1　简介

9.2.2　使用开源的挑战

9.2.3　OpenEmbedded

9.2.4　理解元数据

9.2.5　项目流程

9.2.6　小结

9.3　Android架构和开发

9.3.1　Android 技术简介

9.3.2　Android 架构

9.3.3　应用开发

9.3.4　Android UI

9.3.5　在移动设备以外的市场拓展Android

9.3.6　总结

9.4　垂直市场上的Android、Meego和嵌入式Linux

9.4.1　介绍

9.4.2　垂直市场有什么不同

9.4.3　Android的吸引力

9.4.4　MeeGo 的前途

9.4.5　多才多艺的嵌入式Linux

9.4.6　小结

第10章　多核嵌入式系统

10.1　多核简介

10.1.1　系统架构

10.1.2　功耗

10.1.3　挑战

10.2　多核：多个操作系统

10.2.1　AMP的SMP硬件

10.2.2　AMP硬件系统

10.2.3　AMP软件架构

10.2.4　IPC的重要性

10.2.5　AMP开发工具

10.2.6　困难

10.2.7　AMP应用案例

10.2.8　使用Hypervisor

10.2.9　小结

10.3　选择多核的多操作系统

10.3.1　介绍

10.3.2　操作系统的类型

10.3.3　选择操作系统

10.3.4　多核系统

10.3.5　小结

10.4　CPU与CPU的通信：MACPI

10.4.1　介绍

10.4.2　多核

10.4.3　MACPI

10.4.4　小结

后记

随着嵌入式应用领域的拓展，为了针对复杂设备快速开发高效、健壮的嵌入式软件，开发者必须系统地掌握嵌入式系统开发的各个环节。
　　本书覆盖了所有嵌入式工程师必须掌握的各个关键的主题，包括设计、开发、编程语言（C/C++、UML）、RTOS、网络等。同时，考虑到正在蓬勃发展的Linux和Android，以及多核技术，本书也为读者提供了掌握相关技术必不可少的内容。
　　Colin Walls在书中分享了他多年的行业工作经验和对嵌入式软件开发的深入理解。内容几乎覆盖了嵌入式开发的整个环节：设计、开发、管理、调试流程、授权以及重用等。对于刚刚开始从事嵌入式软件开发的工程师或有经验的嵌入式软件开发工程师，这些经验对于他们提高开发技能都有很大的帮助。他也在书中提供了很多非常细节的技巧和技术，同时，他也对这些技术进行了缜密阐释。