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第1章 概述1

1.1计算机发展1

1.1.1机械式计算机的启蒙时代1

1.1.2电子技术和半导体技术的诞生2

1.2现代计算机系统5

1.2.1冯·诺依曼结构和哈佛结构5

1.2.2计算机组织的模型7

1.2.3 CISC与RISC结构12

1.2.4流水线结构14

1.2.5存储器层次结构、高速缓存和虚拟存储器17

1.2.6多核处理器并行结构20

1.3嵌入式系统23

1.3.1嵌入式系统的概念24

1.3.2嵌入式系统的特点24

1.3.3嵌入式系统的组成25

1.3.4嵌入式系统的发展趋势26

1.4习题27

第2章 计算机系统组成与工作原理28

2.1计算机体系结构28

2.1.1冯·诺依曼体系结构28

2.1.2对冯·诺依曼体系结构的改进29

2.2计算机组成原理37

2.2.1总线与接口37

2.2.2 CPU组织38

2.2.3存储器组织42

2.2.4输入／输出组织47

2.3计算机互连结构48

2.3.1总线要素48

2.3.2总线组织48

2.3.3总线仲裁50

2.3.4总线带宽52

2.3.5总线时序53

2.3.6串行总线55

2.4模型机工作流程60

2.5习题62

第3章 微处理器体系结构及关键技术65

3.1微处理器体系结构简介65

3.1.1 CPU的功能和构成65

3.1.2微处理器体系结构简介66

3.2指令系统设计69

3.2.1机器指令要素69

3.2.2指令格式70

3.2.3指令类型72

3.2.4寻址方式72

3.2.5指令系统设计78

3.3随机逻辑体系结构80

3.3.1随机逻辑体系结构的特点80

3.3.2随机逻辑体系结构的操作81

3.3.3随机逻辑体系结构指令集的设计83

3.4微码体系结构83

3.4.1微码体系结构的特点83

3.4.2微码机器操作84

3.4.3微码结构与随机逻辑结构的比较85

3.5流水线体系结构86

3.5.1流水线体系结构的特点及性能86

3.5.2流水线结构的操作89

3.5.3流水线结构与微码结构的比较90

3.6超标量体系结构93

3.6.1基本概念94

3.6.2超标量处理机的概念性结构94

3.6.3超标量结构的操作96

3.6.4超标量技术的应用97

3.7习题98

第4章 计算机总线接口技术99

4.1接口设计基础99

4.1.1地址映射99

4.1.2地址译码102

4.1.3总线隔离106

4.2主存储器接口设计技术107

4.2.1确定存储模块结构107

4.2.2分配地址空间109

4.2.3接口信号与时序设计110

4.3外部设备接口设计技术111

4.3.1并行接口设计111

4.3.2串行接口设计124

4.3.3其他常用接口功能125

4.4习题131

第5章 ARM体系结构及指令系统135

5.1 ARM体系结构135

5.1.1 ARM概述135

5.1.2 ARM体系结构版本136

5.1.3 ARM处理器系列137

5.2 ARM编程模型145

5.2.1数据类型145

5.2.2处理器运行模式145

5.2.3处理器工作状态146

5.2.4寄存器组织146

5.2.5异常150

5.2.6存储器格式和存储器映射I／O155

5.2.7中断延迟155

5.2.8复位156

5.3 ARM指令系统156

5.3.1 ARM基本寻址方式156

5.3.2 ARM指令集概述160

5.3.3指令的第二源操作数161

5.4 ARM指令集163

5.4.1数据处理指令163

5.4.2跳转指令172

5.4.3程序状态寄存器访问指令174

5.4.4加载／存储指令175

5.4.5异常产生指令182

5.5 Thumb指令集与ARM指令集的区别183

5.6习题184

第6章 ARM程序设计185

6.1汇编器与汇编语言185

6.2 ARM汇编器支持的伪指令186

6.2.1符号定义伪指令186

6.2.2数据定义伪指令187

6.2.3汇编控制伪指令191

6.2.4其他常用的伪指令192

6.2.5宏和宏指令196

6.3汇编语言的语句格式198

6.3.1在汇编语言程序中常用的符号198

6.3.2汇编语言程序中的表达式和运算符199

6.4 ARM汇编语言程序设计202

6.4.1汇编语言的程序结构202

6.4.2汇编语言的子程序及其调用203

6.4.3汇编语言程序实例204

6.5 ARM汇编语言与C／C＋＋的混合编程206

6.5.1 ARM工程206

6.5.2 ARM程序框架207

6.5.3 C与汇编之间的函数调用209

6.5.4 C／C＋＋语言和汇编语言的混合编程214

6.6习题220

第7章 基于ARM内核的微处理器芯片简介223

7.1 ARM926EJ-S处理器内核223

7.1.1 ARM926EJ-S编程模型226

7.1.2存储器管理单元MMU228

7.1.3 cache和写缓冲器229

7.1.4紧耦合存储器接口230

7.1.5总线接口单元231

7.1.6非高速缓存取指231

7.1.7指令存储器屏障232

7.1.8嵌入式跟踪宏单元233

7.1.9电源管理233

7.2 ARM9微处理器235

7.2.1飞思卡尔公司的MC9328MX21微处理器235

7.2.2 Atmel公司的AT91SAM9263微处理器238

7.2.3三星公司S3C2440A微处理器242

7.2.4意法半导体公司的STR91 x微处理器246

7.3构造ARM微处理器最小硬件系统248

7.3.1电源模块249

7.3.2时钟模块250

7.3.3复位模块252

7.34存储器模块252

7.3.5 JTAG调试接口255

7.4习题255

第8章 嵌入式系统设计256

8.1嵌入式系统简介256

8.2设计方法及设计流程258

8.2.1嵌入式系统设计的基本指导思想258

8.2.2嵌入式系统开发的基本流程260

8.3嵌入式处理器264

8.3.1嵌入式处理器种类264

8.3.2嵌入式处理器的选择269

8.4嵌入式软件系统270

8.4.1嵌入式软件系统结构271

8.4.2嵌入式软件工作流程272

8.4.3嵌入式操作系统概述273

8.4.4嵌入式操作系统的任务275

8.4.5嵌入式RTOS的关键技术指标279

8.4.6常用的嵌入式RTOS281

8.5嵌入式操作系统的移植293

8.5.1嵌入式Linux操作系统简介294

8.5.2嵌入式Linux的移植过程298

8.6嵌入式系统的测试311

8.7 习题314

第9章 基于ARM微处理器核的SoC设计316

9.1概述316

9.2 SoC设计317

9.2.1 SoC的典型结构317

9.2.2 SoC设计中的关键技术318

9.2.3 SoC技术的优势319

9.3 SoC的片上总线320

9.3.1片上总线的特点320

9.3.2片上总线的接口标准321

9.3.3 AMBA总线322

9.4基于ARM内核的SoC系统设计327

9.4.1基于ARM的SoC结构327

9.4.2一种基于ARM内核的USB 2.0接口IP核的设计334

9.5习题337

附录A ASCII码表338

附录B ARM实验系统简介339

附录C AT91 SAM9263引脚排列及信号名称表340

附录D S3C2440引脚排列及信号名称表342

附录E MX21引脚排列及信号名称表344

附录F ARM指令速查表及符号含义345

附录G Linux常用命令表355

参考文献359