ARM嵌入式系统的构建 清华大学试用教材

### ARM嵌入式系统的构建知识点概述 #### 一、嵌入式系统硬件构成 ##### 1.1 嵌入式系统硬件 **1.1.1 嵌入式处理器** - **嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor Unit, EMPU）**: EMPU是一种通用的中央处理器，用于嵌入式系统，它需要外部芯片来实现完整的功能。 - **嵌入式微控制器（Microcontroller Unit, MCU）**: MCU是将CPU、存储器、输入/输出接口等功能集成在一块芯片上的微型计算机系统，适用于控制领域。 - **嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor, EDSP）**: 专门用于数字信号处理的处理器，具有高速的运算能力和特殊的指令集。 - **嵌入式片上系统（System On Chip, SoC）**: 集成了多种功能于单一芯片的系统级解决方案，包括处理器、内存、输入输出接口等。 **1.1.1.5 嵌入式处理器的选择** 选择嵌入式处理器时需考虑的因素包括成本、功耗、处理能力、可扩展性、软件支持等因素。 **1.1.2 存储器** - **ROM（Read-Only Memory）**: 只读存储器，通常用于存放固件或启动代码。 - **RAM（Random Access Memory）**: 随机存取存储器，用于存放运行中的程序和数据。 **1.1.3 输入输出设备** - **液晶显示（LCD）**: 液晶显示器，广泛应用于嵌入式设备中，用于显示文字和图像。 - **触摸屏**: 一种输入设备，通过触控操作进行人机交互。 - **语音输入输出技术**: 包括语音识别和合成技术，使嵌入式系统具备语音交互能力。 - **键盘**: 提供物理按键输入的方式，适用于需要精确控制的应用场景。 **1.1.4 电源转换与管理** - **电源IC分类**: 主要包括稳压器、开关电源控制器等。 - **电源IC的特点**: 如高效率、小体积、低噪声等特性。 - **电源IC选用指南**: 选择电源IC时应考虑输出电压、电流容量、工作温度范围等因素。 **1.2 嵌入式系统硬件开发相关技术** **1.2.1 接口技术** - **并行接口**: 提供多个数据线同时传输的能力。 - **串口**: 逐位传输数据的方式，适用于远程通信。 - **USB（Universal Serial Bus）**: 通用串行总线，用于连接外设。 - **PCMCIA和CF**: PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association）和CF（CompactFlash）卡接口，用于扩展存储空间或外设功能。 - **红外线接口**: 通过红外光传输数据，适用于短距离无线通信。 **1.2.2 总线** - **ISA（Industry Standard Architecture）**: 行业标准架构，早期的个人电脑总线标准。 - **PCI（Peripheral Component Interconnect）**: 外围组件互联总线，用于连接高性能的外设。 - **I²C（Inter-Integrated Circuit）**: 两线式串行总线，用于连接低速设备。 - **SPI（Serial Peripheral Interface）**: 串行外设接口，用于高速数据传输。 - **PC104总线**: 一种紧凑型的工业计算机总线标准。 - **CAN（Controller Area Network）**: 控制器局域网络，用于车辆内部的数据通信。 **1.2.3 嵌入式系统开发常用的硬件调试和编程技术** - **微代码支持的串口调试**: 通过串口发送命令和接收反馈来进行调试。 - **编程技术**: 包括编译、链接、下载等步骤。 - **JTAG与IEEE 1149协议简介**: JTAG是一种边界扫描测试技术，用于芯片级的测试和调试。 **1.2.4 3.3V和5V装置的互连** 不同电压等级的设备之间的连接方式及其注意事项。 **1.3 嵌入式系统开发示例——EZ开发板** - **系统性能**: 描述EZ开发板的基本性能指标。 - **系统硬件设计** - **CPU与存储器模块**: 包括所选CPU型号、存储器类型及其配置。 - **LCD显示模块**: 显示屏幕的规格和特点。 - **串口模块**: 串口通信的相关配置。 - **电源模块**: 供电方案和技术细节。 - **进入BOOTSTRAP电路模块**: 启动加载过程的技术实现。 **1.3.3 TQFP和LQFP器件的焊接方法** 介绍TQFP（Thin Quad Flat Package）和LQFP（Low Profile Quad Flat Package）封装类型的焊接技巧。 **1.3.4 硬件调试** 调试方法和常见问题解决策略。 #### 二、操作系统 **2.1 基础知识** - **操作系统功能**: 包括内存管理、进程控制、文件系统等核心功能。 - **操作系统发展史**: 从单任务到多任务、从批处理到实时操作系统的演进历程。 - **Linux与嵌入式Linux**: Linux操作系统的特点以及其在嵌入式领域的应用。 **2.2 操作系统内核** **2.2.1 内存管理** - **内存管理功能**: 分配、回收内存空间。 - **内存分割**: 将物理内存划分为多个区域。 - **虚拟内存**: 通过交换空间扩展有限的物理内存。 - **Linux的内存管理机制**: 包括页面分配、缓存管理等。 **2.2.2 进程与中断管理** - **进程描述与控制**: 进程的状态、调度策略。 - **并发控制**: 互斥、同步机制。 - **死锁处理**: 避免和解除死锁的方法。 - **中断及中断处理**: 中断响应机制。 - **Linux的进程与中断管理机制**: 实现细节和技术要点。 **2.2.3 调度机制** - **调度类型**: 先来先服务、优先级调度等。 - **单处理器调度**: 单个处理器上的任务调度策略。 - **多处理器调度**: 多处理器环境下的任务分配。 - **实时调度**: 对时间敏感的任务调度算法。 - **Linux的调度机制**: 内核版本差异带来的变化。 **2.2.4 I/O设备** - **I/O设备描述参数**: 设备属性、状态等信息。 - **I/O技术的演变**: 从简单的输入输出到复杂的DMA技术。 - **I/O设备逻辑描述**: 设备驱动模型。 - **I/O缓冲技术**: 缓冲区管理。 - **磁盘调度**: 磁盘读写优化策略。 **2.2.5 文件管理** - **文件与文件系统**: 文件的组织结构和访问方式。 - **文件组织与访问**: 文件系统的层次结构。 - **文件共享**: 文件权限和共享机制。 - **记录分块**: 数据存储格式。 - **外围存储设备管理**: 磁盘、闪存等存储介质的管理。 - **Linux的文件系统管理**: 支持的不同文件系统类型及其特性。 **2.3 用户界面** **2.3.1 图形用户界面** - **基本知识**: GUI的基本概念。 - **关键技术**: 窗口管理、事件处理等。 **2.3.2 智能化用户界面** - **Agent技术**: 基于代理的智能交互机制。 - **Agent技术与用户界面的结合**: 应用实例。 **2.3.3 Linux下的用户界面** - **X Window简介**: X Window系统的基本原理。 - **X服务器**: 负责图形显示的核心组件。 - **窗口管理器**: 控制窗口布局和外观的功能模块。 #### 三、嵌入式Linux **3.1 嵌入式Linux内核** - **嵌入式Linux综述**: 特点和发展现状。 - **uCLinux** - **uClinux的内存管理**: 采用静态内存分配的方式。 - **uClinux内核结构**: 模块化的设计思路。 以上内容涵盖了嵌入式系统硬件的基础构成、操作系统内核的关键技术和嵌入式Linux的具体实现等多个方面，为读者提供了全面而深入的理解基础。