嵌入式操作系统原理与应用

1嵌入式操作系统的概念

1.1操作系统的概念和结构

1.2操作系统的功能和主要特征

1.2.1操作系统的功能

1.2.2操作系统的主要特征

1.3操作系统的结构

1.3.1操作系统的内核

1.3.2传统的操作系统结构设计模式

1.3.3现代的操作系统结构设计模式

1.4嵌入式实时操作系统

1.4.1嵌入式实时操作系统的特点

1.4.2嵌入式应用

1.4.3嵌入式实时操作系统的发展

1.5嵌入式实时系统的分类

1.5.1按速度分类

1.5.2按确定性分类

1.5.3按软件结构分类

1.6商用嵌入式实时操作系统

1.7小结

思考题

2嵌入式系统的硬件构成

2.1嵌入式系统的总体结构

2.2嵌入式系统硬件

2.2.1嵌入式处理器

2.2.2存储器

2.2.3输入输出设备

2.3嵌入式系统硬件开发相关技术

2.3.1接口技术

2.3.2总线

2.3.3嵌入式系统开发常用的硬件调试和编程技术

2.4小结

思考题

3ARM系结构

3.1ARM的结构和特性

3.1.1ARM处理器系列

3.1.2ARM处理器的特点

3.1.3ARM处理器模式

3.2ARM寄存器介绍

3.3ARM体系的异常中断

3.4ARM的存储系统

3.5ARM指令系统

3.6ARM指令基本寻址方式

3.7ARM指令集

3.8ARM汇编程序设计

3.8.1ARM汇编器所支持的伪指令

3.8.2汇编语言的语句格式

3.8.3汇编语言的程序结构

3.8.4ARM和Thumb混合编程简介

3.9小结

思考题

4嵌入式实时操作系统内核

4.1嵌入式实时内核的结构和功雕

4.1.1嵌入式实时内核的结衽

4.1.2嵌入式实时内核的功台

4.2嵌入式实时内核的任务管理

4.2.1多任务机制

4.2.2任务状态和状态转变

4.2.3任务调度策略

4.2.4任务异常处理

4.3嵌入式实时内核的共享代码和重入

4.4VxWorks操作系统结构

4.4.1VxWorks操作系统

4.4.2VxWorks的内核Wind

4.5VxWorks任务编程接口

4.5.1任务控制函数

4.5.2任务扩展函数

4.5.3VxWorks系统任务

4.6POSIX调度接口

4.6.1POSIX和Wind调度方法的差异

4.6.2获得和设置POSIX任务优先级

4.6.3获得和显示当前的调度策略

4.6.4获得调度参数：优先级限制和时间片

4.7小结

思考题

5任务间通信

5.1实时内核任务间通信机制

5.1.1任务之间的关系

5.1.2共享内存

5.1.3互斥

5.1.4信号量

5.1.5内部数据结构

5.2二进制信号量

5.2.1互斥

5.2.2同步

5.2.3二进制信号量用于任务间同步

5.3互斥信号量

5.3.1优先级倒置

5.3.2删除安全

5.3.3递归资源访问

5.3.4互斥信号量用于任务间同步

5.4计数器信号量

5.4.1计数器信号量

5.4.2计数器信号量用于任务间同步

5.5消息队列

5.5.1概述

5.5.2普通消息队列

5.5.3消息队列使用例子

5.6管道

5.6.1概述

5.6.2使用管道

5.6.3管道用于任务间通信

5.7POSIX信号量

5.7.1POSIX信号量接口

5.7.2POSIX和Wind信号量比较

5.7.3未命名信号量使用

5.7.4命名信号量的使用

5.8POSlX消息队列

5.8.1POSIX和Wind消息队列比较

5.8.2POSIX消息队列属性

5.8.3显示消息队列属性

5.8.4用消息队列通信

5.8.5通知任务有消息在等待

5.8.6POSIX队列信号

5.9小结

思考题

6中断处理与定时机制

6.1中断管理

6.1.1异常的定义

6.1.2中断的类型

6.1.3中断处理的过程

6.1.4实时内核的中断管理

6.2中断服务程序

6.2.1设置中断处理程序

6.2.2中断堆栈

6.2.3ISR的特殊限制

6.2.4中断级异常

6.2.5保留的最高中断级

6.2.6最高中断级ISRs的约束

6.2.7中断与任务的通信

6.3时间管理

6.3.1硬件时钟设备

6.3.2时间管理

6.4看门狗机制和应用

6.4.1看门狗

6.4.2利用看门狗处理任务时限

6.5POSIX计时器和内存上锁

6.5.1POSIX计时器

6.5.2POSIX内存上锁接口

6.6小结

思考题

7I/O子系统

7.1基本I/O概念

7.1.1I/O子系统

7.1.2端口映射与内存映射I/O和DMA

7.1.3文件名称

7.2I/O系统的内部结构

7.2.1标准的I/O函数

7.2.2标准I/O函数到驱动程序函数的映射

7.2.3设备

7.2.4文件描述符

7.2.5基本I/O的操作流程

7.3VxWorks的I/O接口

7.3.1文件描述符

7.3.2标准输入输出设备和标准错误输出设备

7.3.3打开和关闭

7.3.4新建和删除

7.3.5读写操作

7.3.6I/O系统的其他操作

7.3.7基于多文件描述符的挂起操作：select功能

7.4缓冲I/O

7.5其他的格式化I/O操作

7.5.1printf()、sprintf()、sscanf()函数

7.5.2printErr()和fdprintf()

7.5.3信息记录

7.6基本I/O应用示例

7.7小结

思考题

8文件系统

8.1与MS-DOS系统兼容的文件系统

8.1.1dosFs文件系统的磁盘组织

8.1.2包含必要的dosFs文件系统组件

8.1.3初始化dosFs文件系统

8.1.4初始化及使用支持dosFs的设备

8.1.5对磁盘和磁盘卷进行操作

8.1.6目录操作

8.1.7文件操作

8.1.8分配磁龠空阊

8.1.9灾难恢复和磁盘卷的一致性问题

8.1.10dosFs文件系统支持的I/O控制参数

8.2原始文件系统(rawFs)

8.3磁带文件系统(tapeFs)

8.4CD-ROM文件系统(cdromFs)

8.5目标机服务器文件系统(TSFS)

8.6文件系统应用示例

8.7小结

思考题

9内存管理

9.1引言

9.2内存管理机制

9.2.1固定大小存储区管理

9.2.2可变大小存储区管理

9.2.3VxWorks动态内存管理机制

9.2.4VxWorks动态内存管理函数

9.3内存保护

9.3.1存储器管理单元MMU

9.3.2VxWorks的虚拟内存接口

9.4小结

思考题

10系统引导程序及调试环境的建立

10.1嵌入式系统的软件结构

10.1.1嵌入式操作系统的运行条件

10.1.2系统的启动流程

1O.2嵌入式系统的引导装载程序bootloader

1O.2.1bootloader作用分析及一般实现

10.2.2bootloader的阶段1

10.2.3bootloader的阶段2

10.2.4u-boot简介

10.3嵌入式系统板级支持包BSP

10.3.1BSP概念

10.3.2BSP在嵌入式开发中的位置和作用

10.3.3BSP以及bootloader与PC机主板上的BIOS的关系与区别

10.4VxWorks的BSP

1O.4.1VxWorks的BSP开发

1O.4.2VxWorks的BSP启动流程

10.5基于S3C44BOX开发板的VxWorks的BSP定制

1O.5.1S3C44BOX开发板板上资源

1O.5.2BSP包的初步定制

1O.5.3在BSP包中进行串行通信的建立

10.6小结

思考题

11嵌入式系统的开发

11.1嵌入式系统开发模式

11.1.1嵌入式系统开发模式概述

11.1.2处理器及硬件开发平台的选择

11.1.3操作系统的选择

11.1.4开发环境的选择

11.2嵌入式系统的硬件/软件协同设计技术

11.3集成开发环境Tornado

11.3.1Tornado集成开发环境简述

11.3.2Tornado集成开发工具

11.3.3VxWorks的交叉编译开发环境

11.4MATLAB/RTW系统开发环境

11.4.1MATLAB/RTW系统概述

11.4.2RTW生成代码结构与外部模式

11.4.3RTWTornado目标环境

11.4.4RTW程序创建过程

11.5航行器控制系统仿真及性能分析

11.5.1RTW嵌入式代码在VxWorks/Tornado环境下的实现过程

11.5.2控制系统仿真

11.6小结

思考题

参考文献

　　考虑到本书的读者大多数是嵌入式系统的应用者，非计算机专业毕业，没有学习过计算机操作系统的课程。因此，本书不但深入浅出地介绍计算机操作系统有关的基础知识，为帮助读者建立嵌入式操作系统打下基础，并建立设计嵌入式操作系统的基本概念，而且还针对嵌入式系统开发的特点，向读者介绍了嵌入式硬件平台的基本结构。通过本书的学习，不但便读者能全面地学习到嵌入式操作系统的概念，也能够使读者对嵌入式系统有更全面的学习和理解。　　本书以嵌入式系统的开发为核心，重点讲述了嵌入式技术中的嵌入式操作系统，并且考虑到嵌入式系统开发的特点，也介绍了嵌入式系统的硬件平台和系统开发技术。这样读者既能够深入地学习实时多任务嵌入式操作系统，也能对嵌入式系统和嵌入式系统开发有一个比较全面的学习和理解。　　本书的主要内容有：嵌入式操作系统的概念、嵌入式系统的硬件构成、ARM体系结构、嵌入式实时操作系统内核、任务间通信、中断处理与定时机制、I/O子系统、VxWorks文件系统、网络系统、内存管理、系统引导程序及调试环境的建立和嵌入式系统的开发等。　　本书语言流畅、条理清晰，内容全面且深入浅出，并结合作者多年的实际开发经验编写而成。本书可作为高等理工院校自动化、电气工程及其自动化、计算机应用、电子信息工程、测摔技术与仪器、电子科学与技术等相关专业的本科生和研究生教材，也可供从事嵌入式系统开发、系统控制的科研人员和工程师参考。