Computers as Components:Principles of Embedded Computing System Design

出版者的话

专家指导委员会

译者序

序

前言

第1章 嵌入式计算 1

1.1 引言 1

1.2 复杂系统和微处理器 1

1.2.1 嵌入式计算机 1

1.2.2 嵌入式计算应用的特点 3

1.2.3 为什么要使用微处理器 4

1.2.4 嵌入式计算系统设计所面临的挑战 5

1.3 嵌入式系统的设计过程 6

1.3.1 需求 8

1.3.2 规格说明 11

1.3.3 体系结构设计 11

1.3.4 设计硬件构件和软件构件 13

1.3.5 系统集成 13

1.4 系统设计的形式化方法 13

.1.4.1 结构描述 14

1.4.2 行为描述 19

1.5 设计示例：模型火车控制器 21

1.5.1 需求 22

1.5.2 概念性规格说明 22

1.5.3 详细的规格说明 25

1.5.4 本节所学内容 31

1.6 本书导读 31

1.6.1 第2章：指令系统 31

1.6.2 第3章：cpu 32

1.6.3 第4章：嵌入式计算平台 32

1.6.4 第5章：程序设计和分析 32

1.6.5 第6章：进程和操作系统 33

1.6.6 第7章：硬件加速器 33

1.6.7 第8章：网络 34

1.6.8 第9章：系统设计技术 34

1.7 小结 35

推荐读物 35

习题 35

实习题 36

第2章 指令系统 37

2.1 引言 37

2.2 预备知识 37

2.2.1 计算机体系结构分类 37

2.2.2 汇编语言 39

2.3 arm处理器 40

2.3.1 处理器和存储器组织 40

2.3.2 数据操作 41

2.3.3 控制流 47

2.4 sharc处理器 53

2.4.1 存储器组织 53

2.4.2 数据操作 54

2.4.3 控制流 60

2.4.4 指令的并行性 64

2.5 小结 64

推荐读物 65

习题 65

实习题 67

第3章 cpu 68

3.1 引言 68

3.2 输入输出编程 68

3.2.1 输入输出设备 68

3.2.2 输入输出原语 69

3.2.3 忙等i/o 70

3.2.4 中断 71

3.3 管态、异常和陷阱 82

3.3.1 管态 82

3.3.2 异常 82

3.3.3 陷阱 83

3.4 协处理器 83

3.5 存储系统机制 83

3.5.1 高速缓存 84

3.5.2 存储管理单元和地址转换 89

3.6 cpu的性能 93

3.6.1 流水线技术 93

3.6.2 超标量执行 96

3.6.3 高速缓存 97

3.7 cpu的功耗 97

3.8 设计示例：数据压缩器 101

3.8.1 需求和算法 101

3.8.2 规格说明 103

3.8.3 程序设计 105

3.8.4 测试 109

3.9 小结 110

推荐读物 111

习题 111

实习题 113

第4章 嵌入式计算平台 114

4.1 引言 114

4.2 cpu总线 114

4.2.1 总线协议 114

4.2.2 dma 119

4.2.3 系统总线配置 121

4.2.4 arm总线 123

4.2.5 sharc总线 123

4.3 存储设备 125

4.3.1 存储设备组织 125

4.3.2 随机存储器 125

4.3.3 只读存储器 129

4.4 i/o设备 130

4.4.1 定时器和计数器 130

4.4.2 a/d和d/a转换器 131

4.4.3 键盘 131

4.4.4 发光二极管 133

4.4.5 显示器 133

4.4.6 触摸屏 134

4.5 组件接口 135

4.5.1 存储器接口 135

4.5.2 设备接口 136

4.6 用微处理器设计 137

4.6.1 系统的体系结构 137

4.6.2 硬件设计 138

4.6.3 pc作为平台 139

4.7 开发与调试 142

4.7.1 开发环境 142

4.7.2 调试方法 143

4.7.3 调试难点 146

4.8 制造测试 147

4.9 设计示例：闹钟 150

4.9.1 需求 150

4.9.2 规格说明 151

4.9.3 系统体系结构 154

4.9.4 构件设计与测试 154

4.9.5 系统集成与测试 155

4.10 小结 155

推荐读物 155

习题 155

实习题 157

第5章 程序设计和分析 158

5.1 引言 158

5.2 程序设计 158

5.2.1 设计范型 158

5.2.2 嵌入式系统设计范型 159

5.3 编程模型 162

5.3.1 数据流图 162

5.3.2 控制/数据流图 164

5.4 汇编和链接 166

5.4.1 汇编程序 166

5.4.2 链接 169

5.5 基本编译技术 170

5.5.1 语句翻译 171

5.5.2 过程 175
5.5.3 数据结构 176

5.5.4 表达式简化 177

5.5.5 死代码清除 177

5.5.6 过程内嵌 178

5.5.7 循环变换 178

5.5.8 寄存器分配 180

5.5.9 调度 183

5.5.10 指令选择 184

5.5.11 理解并使用你的编译程序 185

5.5.12 解释程序与jit编译程序 185

5.6 执行时间的分析与优化 186

5.6.1 程序性能的要素 187

5.6.2 跟踪驱动的性能分析 189

5.6.3 优化执行速度 194

5.7 能量和功率的分析和优化 195

5.8 程序长度的分析及优化 198

5.9 程序验证和测试 200

5.9.1 白盒测试 200

5.9.2 黑盒测试 206

5.9.3 评估功能测试 206

5.9.4 性能测试 207

5.10 设计示例：软件调制解调器 207

5.10.1 工作原理和需求 208

5.10.2 规格说明 209

5.10.3 系统体系结构 210

5.10.4 构件设计和测试 210

5.10.5 系统集成和测试 210

5.11 小结 211

推荐读物 211

习题 211

实习题 217

第6章 进程和操作系统 218

6.1 引言 218

6.2 多任务和多进程 219

6.2.1 多速率系统 220

6.2.2 早期多任务技术：协同例程 221

6.3 进程 222

6.4 文境切换 224

6.4.1 协作多任务处理 224

6.4.2 抢先式多任务处理 227

6.4.3 进程和面向对象设计 228

6.5 操作系统 228

6.5.1 进程状态和进程调度 229

6.5.2 操作系统结构 230

6.5.3 进程中的计时需求 231

6.5.4 进程间通信 233

6.5.5 操作系统的其他功能 236

6.6 调度策略 237

6.6.1 单一速率调度 237

6.6.2 期限最近者优先调度 241

6.6.3 rms和edf比较 244

6.6.4 对建模假设的进一步分析 244

6.6.5 其他posix调度策略 246

6.7 进程间通信机制 246

6.7.1 信号 246

6.7.2 uml中的信号 248

6.7.3 共享内存通信 248

6.7.4 基于消息的通信 250

6.8 评估操作系统的性能 251

6.9 进程的功率优化策略 253

6.10 设计示例：电话应答机 255

6.10.1 工作原理和需求 255

6.10.2 规格说明 257

6.10.3 系统体系结构 259

6.10.4 构件设计和测试 261

6.10.5 系统集成和测试 261

6.11 小结 261

推荐读物 262

习题 262

实习题 266

第7章 硬件加速器 267

7.1 引言 267

7.2 cpu和加速器 267

7.2.1 为什么使用加速器 268

7.2.2 加速器的设计 269

7.3 加速系统的设计 270

7.3.1 性能分析 270

7.3.2 系统体系结构框架 273

7.3.3 划分 275

7.3.4 调度和分配 276

7.3.5 系统集成和调试 278

7.4 设计示例：视频加速器 278

7.4.1 算法和需求 278

7.4.2 规格说明 281

7.4.3 体系结构 282

7.4.4 构件设计 283

7.4.5 系统测试 284

7.5 小结 284

推荐读物 284

习题 284

实习题 285

第8章 网络 286

8.1 引言 286

8.2 分布式嵌入体系结构 286

8.2.1 为什么使用分布式系统 287

8.2.2 网络抽象模型 287

8.2.3 硬件和软件体系结构 288

8.2.4 报文传递编程 291

8.3 嵌入式系统网络 292

8.3.1 i2c总线 292

8.3.2 can总线 296

8.3.3 sharc链接端口 298

8.3.4 以太网 300

8.3.5 myrinet 301

8.3.6 因特网 301

8.4 基于网络的设计 303

8.4.1 通信分析 303

8.4.2 系统性能分析 306

8.4.3 硬件平台设计、分配和调度 308

8.5 可达internet系统 309

8.6 设计示例：电梯控制器 310

8.6.1 工作原理和需求 310

8.6.2 规格说明 312

8.6.3 体系结构 314

8.6.4 测试 314

8.7 小结 315

推荐读物 315

习题 315

实习题 317

第9章 系统设计技术 318

9.1 引言 318

9.2 设计方法学 318

9.2.1 为什么研究设计方法学 318

9.2.2 设计流程 319

9.3 需求分析 324

9.4 规格说明 325

9.4.1 面向控制的规格说明语言 325

9.4.2 高级规格说明 327

9.5 系统分析和体系结构设计 329

9.6 质量保证 332

9.6.1 质量保证技术 334

9.6.2 验证规格说明 335

9.6.3 设计评审 337

9.6.4 测量驱动的质量保证 338

9.7 设计示例：电话用户交换机 341

9.7.1 工作原理 341

9.7.2 系统体系结构 343

9.8 设计示例：喷墨打印机 344

9.8.1 硬件设计 346

9.8.2 软件设计 349

9.9 设计示例：个人数字助理 351

9.10 设计示例：机顶盒 353

9.11 片上系统 355

9.12 小结 357

推荐读物 357

习题 357

实习题 358

附录a uml符号 359

附录b 硬件设计附注 363

术语表 371

参考文献 385

索引 395