ARM Embedded System Principles and Applications (Wang Xiaofeng)

The embedded application system consists of three layers, namely the hardware layer, the system layer and the application layer. Among them, the hardware layer mainly involves the CPU options and the design of the board-level circuit; the system layer mainly involves the transplantation of the operating system and the design of the driver, and completes the isolation of the hardware layer and the application layer through the abstract process; the application layer is built on the system layer and mainly completes the writing and debugging of user applications. Chapter 1 Overview of Embedded Systems 1 1.1 Concept of Embedded Systems 1 1.2 History of Embedded Systems 2 1.3 Composition of Embedded Systems 4 1.3.1 Composition and Structure of Embedded Systems 4 1.3.2 Embedded Processors 7 1.3.3 Typical Embedded Operating Systems 9 1.4 Characteristics of Embedded Systems 11 1.5 Application Prospects of Embedded Systems 12 1.6 Development Trends of Embedded Systems 18 Questions for Thought and Exercises 20 Chapter 2 ARM Architecture 21 2.1 Overview of ARM Architecture 21 2.1.1 Introduction to ARM Technology 21 2.1.2 Versions of ARM Architecture 22 2.1.3 ARM Processor Core Series 23 2.2 Analysis of ARM Architecture 25 2.2.1 Complex Instruction Set and Reduced Instruction Set 25 2.2.2 Princeton Architecture and Harvard Architecture 26 2.2.3 Pipeline Technology 26 2.3 ARM Processor Modes and Registers 29 2.3.1 ARM Processor Modes 29 3.2.1 ARM instruction format 38 3.2.2 ARM instruction addressing mode 39 3.2.3 ARM instruction classification 42 3.3 Thumb instruction set 51 3.3.1 Thumb status register organization 52 3.3.2 Thumb instructions 53 Questions and exercises 62 Chapter 4 ARM assembly language and C language programming foundation 63 4.1 ARM assembly language statement format 63 4.1.1 Symbol naming rules 63 4.1.2 ARM assembly language pseudo-operations 63 4.1.3 ARM assembly language pseudo-instructions 64 4.2 ARM assembly language program structure 65 4.3 4.4.3 Mixed use of ARM programs and Thumb programs 71 4.4.4 Mixed programming of C language and assembly language 71 4.5 ARM assembly language experimental basis 76 4.5.1 ADS software composition 76 4.5.2 Using CodeWarrior IDE 80 4.5.3 Using AXD IDE 87 Thinking questions and exercises 91 Chapter 5 Embedded System Hardware Technology Foundation 92 5.1 Bus 92 5.1.1 Parallel bus 93 5.1.2 Serial bus 94 5.1.3 Multi-bus structure 97 5.1.4 Direct memory access 97 5.2 Storage system 98 5.2.1 Basic concepts and classification of memory 99 5.2.2 Random access memory 99 5.2.3 Read-only memory 100 5.2.4 Memory organization of embedded systems 101 5.2.5 Memory selection 101 5.3 Input/output devices and communication interfaces 102 5.3.1 Input/output devices 102 5.3.2 Common communication interfaces 102 5.3.3 Network interface 105 5.4 Embedded minimum system 105 Questions and exercises 108 Chapter 6 Hardware structure and interface programming based on S3C2410 109 6.1 Introduction to S3C2410 109 6.1.1 Composition of S3C2410X 109 6.1.2 Features and main on-chip functions of S3C2410X 110 6.2 Memory and control of S3C2410X 114 6.2.1 Memory controller of S3C2410X 114 6.2.2 NAND Flash controller 116 6.3 Clock and Power Management 118 6.3.1 Clock Management of S3C2410X 118 6.3.2 Power Management of S3C2410X 119 6.4 General I/O Port 119 6.4.1 Working Mechanism of S3C2410X General I/O Port 119 6.4.2 Programming Example of S3C2410X General I/O Port 123 6.5 Timer 125 6.5.1 Overview of S3C2410X Timer 125 6.5.2 Working Principle of S3C2410X Timer 126 6.5.3 Application Example of PWM Output Control of DC Motor 134 6.6 Asynchronous Serial Communication Interface 137 6.6.1 Introduction to S3C2410X Asynchronous Serial Port 137 6.6.2 Working Principle of S3C2410X UART 138 6.6.3 6.7 A/D Conversion Interface 149 6.7.1 Introduction to A/D Converter 149 6.7.2 Main Indicators of A/D Conversion 150 6.7.3 S3C2410X A/D Conversion Interface 151 6.7.4 Application Examples of A/D Converter 153 6.8 Interrupt Controller 155 6.8.1 Overview of S3C2410X Interrupt 155 6.8.2 Interrupt Control Related Registers 158 6.8.3 S3C2410X Interrupt Response and Return 163 6.8.4 Interrupt Programming Examples 164 Questions and Exercises 165 Chapter 7 Embedded Linux Operating System 166 7.1 Introduction to Operating System 166 7.1.1 Operating System 166 7.1.2 Embedded Operating System 167 7.2 Embedded Linux Operating System 169 7.2.1 Introduction to Linux 169 7.2.2 Advantages of Linux as an Embedded Operating System 171 7.2.3 Process Management 172 7.2.4 Storage Management 183 7.2.5 File System 191 7.2.6 Device Management 196 7.3 Construction of Embedded Linux Operating System 203 7.3.1 Embedded Linux Boot Process 203 7.3.2 Linux Boot Process 211 7.3.3 Embedded Linux Porting 212 7.4 Software Development Foundation of Embedded Linux System 222 7.4.1 Introduction to Common Linux Commands 222 7.4.2 VI Editor in Linux System 225 7.5 Establishment of Cross-Development Environment and Software Development Process in Embedded Linux 226 7.5.1 Introduction to Embedded Teaching Experiment System 226 7.5.2 Establishment of Embedded Cross-Development Environment 230 7.5.3 Development Steps of Linux-Based Application Programs 237 Questions and Exercises 239 Chapter 8 Embedded System Design Methods and Development Examples 240 8.1 8.2 Software Engineering and Embedded Software Engineering 242 8.2.1 Overview 243 8.2.2 Software Requirements 245 8.2.3 Software Design 246 8.2.4 Unified Modeling Language 247 8.2.5 Embedded Software Programming 251 8.3 Application Example of Radar Smart Parking Space Based on Embedded System 252 8.3.1 Background and Introduction 252 8.3.2 Design Goal 253 8.3.3 Overall Structure and Principle 254 8.3.4 System Front-end and Embedded Signal Processing 255 8.3.5 Wireless Communication Module Development 262 8.4 Application Example of Ordering System Based on Android Operating System Platform 266 8.4.1 Introduction to Android 266 8.4.2 Android Architecture 267 8.4.3 Future and Prospects of Android 268 8.4.4 Android Application Basics 269 8.4.5 Android Development Environment Construction 271 8.4.6 Android Project Structure 271 8.4.7 Ordering System Implementation 272 Questions and Exercises 281 Appendix A GPIO Port Registers and Pin Configuration 282 Appendix B Miscellaneous Control Registers 284 Appendix C External Interrupt Related Control Registers 285 Appendix D General Status Register 287 References 288