嵌入式系统协同设计

（1）作者为以科研项目中真实开发的十多个实际案例为背景，聚焦读者最关心的可操作性、可参考性和知识可迁移性。（2）提供所有案例的真实电路原理图和关键源代码，让读者可以快速尝试构建自己的嵌入式系统。

本书全面地介绍了嵌入式系统的概念、硬软件结构、典型传感器原理、协同设计原理、软件和硬件开发工具等内容，涵盖嵌入式软硬件设计和实现全过程所需要掌握的知识。全书共分9章三大模块，第1章是嵌入式系统的概念，第2-5章是嵌入式系统的硬件部分，第6-9章是嵌入式系统操作系统和软件部分。第1章，主要介绍嵌入式系统的概念、特点、应用、硬件结构、软件体系，协同设计原理，嵌入式形式和发展方向等内容。第2章，介绍嵌入式处理的概念，特点和分类，其次以广泛应用的ARM处理、DSP处理器、FPGA为例介绍了嵌入式处理器的学习方法和应用特点。第3章，介绍存储器的相关技术概念，介绍RAM和ROM类型的存储技术和典型芯片，重点介绍在嵌入式系统中广泛使用的FLASH存储技术和其典型应用。第4章，介绍接口和总线的概念以及典型的嵌入式外设、传感器、执行器。常用总线包括USB总线，IIC总线，SPI总线，485总线等，常用外设按钮包括LED，LCD，ADC/DAC，各类传感器，执行器，看门狗等。第5章，介绍嵌入式硬件设计的概念，电路原理图和印制电路板PCB的设计流程和设计原则，电路仿真、芯片设计等内容。最后介绍几种常用的硬件设计环境和工具。第6章，介绍嵌入式系统操作系统的概念，特点以及实时性概念。重点以Linux、Ucos和RTThread等三个操作系统，介绍它们的特点，内核结构，图形驱动，移植等应用要点等。第7章，主要介绍嵌入式系统的软件开发环境的特点、构建方法、开发和调试流程以及嵌入式软件体系各层次的软件开发技术。重点介绍交叉编译环境、开发过程，Linux软件开发、Linux内核配置、驱动开发，中断技术，BootLoader、文件系统、GUI图形用户界面，典型的嵌入式软件开发工具（如ADS、IAR等）和嵌入式软件的调试方法等内容。第8章，介绍嵌入式设备之间的网络互联技术以及与物联网，人工智能等技术的结合，包括TCP /IP网络，Zigbee等无线通信技术，无线传感器网络，移动网络，人工智能，边缘计算等技术以及软硬件设计与实现的实例。第9章，以6个具体的嵌入式项目实例介绍嵌入式系统协同设计的思路、介绍具体的设计和开发的过程。通过这些典型例子，读者可以熟悉嵌入式系统的硬件和软件构成以及它们的实现过程。

本人为华中科技大学软件工程学院副教授，是《嵌入式系统协同设计》《操作系统原理》《微机原理与接口》三门课程的骨干教师：于2020年获湖北省线上一流本科课程《操作系统原理》、于2018年获湖北省高校自制实验设备与仪器三等奖、于2018年获湖北省教学成果三等奖、于2017年获华中科技大学教学质量一等奖。在科研方面，主持医学显微图像的受约束深度弱监督学习算法研究、基于ARM技术的嵌入式AI实验室建设、抗遮挡的多目标识别跟踪新方法研究等纵向项目以及公安情报信息综合应用平台等横向项目。

第1章嵌入式系统概述(1)1.1计算机的分类(1)1.2嵌入式系统的概念(1)1.3嵌入式系统的特点(2)1.4嵌入式系统的应用(3)1.5协同设计思维和方法(5)1.6嵌入式系统的结构(6)1.7嵌入式系统的嵌入形式(10)1.8嵌入式系统的发展方向(11)习题(12)第2章嵌入式处理器(13)2.1嵌入式处理器概念(13)2.2嵌入式处理器分类(16)2.3嵌入式处理器选型(19)2.4ARM处理器(23)2.5DSP处理器(32)习题(37)第3章嵌入式存储器(38)3.1存储器概念(38)3.2RAM和ROM(41)3.3Flash存储器(43)3.4典型的DRAM芯片及其应用(45)3.5典型的SRAM芯片及其应用(49)3.6典型NAND Flash芯片及其应用(51)3.7典型NOR Flash芯片及其应用(55)习题(56)第4章接口和总线(58)4.1接口(58)4.2总线概述(60)4.3SPI总线(61)4.4RS232C总线及RS485总线(64)4.5USB总线(66)4.6I2C总线(71)4.7其他常用总线(74)4.8LED(75)4.9数码管(75)4.10继电器(77)4.11红外对射管(78)4.12LCD显示屏(80)4.13编码器(86)4.14ADC和DAC(87)4.15WatchDog(91)4.16压力传感器(92)4.17气压传感器(95)习题(96)第5章嵌入式硬件设计及其方法(97)5.1硬件设计概述(97)5.2电路原理图设计(99)5.3PCB设计(101)5.4CPLD/FPGA芯片设计(106)5.5典型电路设计工具(111)5.6典型单元电路设计(116)习题(121)第6章嵌入式操作系统(122)6.1嵌入式操作系统的概念(122)6.2嵌入式操作系统的实时性(124)6.3嵌入式Linux(130)6.4μc/OS(137)6.5RTThread(142)6.6其他典型嵌入式操作系统(146)习题(151)第7章嵌入式软件开发(152)7.1交叉编译环境(152)7.2嵌入式软件开发过程(157)7.3嵌入式Linux软件开发(161)7.4Linux内核配置(164)7.5BSP开发(169)7.6驱动开发(170)7.7Linux中断技术(177)7.8BootLoader开发(182)7.9文件系统(185)7.10图形用户界面GUI(194)7.11典型软件开发环境(197)7.12嵌入式软件的调试和仿真(206)习题(212)第8章嵌入式网络与互联(213)8.1嵌入式设备的网络化(213)8.2TCP/IP网络(213)8.5无线网络操作系统Contiki(223)8.6无线通信(228)8.7无线传感器网络(238)8.8Zigbee无线网络(241)8.9移动网络(243)习题(251)第9章项目实例分析(253)9.1LED设备驱动开发(253)9.2单片机温度控制系统(255)9.3多路视频服务器(259)9.4基于压力传感器的体重测量系统(264)9.5基于超声波技术的身高测量系统(266)9.6基于霍尔元件的自行车计速系统(268)9.7电池供电管理单元(269)参考文献(273)