内容简介
本书自第1版出版至今，记录了20多年来嵌入式领域的技术变革，成为众多工程师和学生的必备参考书。全书从组件技术的视角出发，以嵌入式系统的设计方法和过程为主线，涵盖全部核心知识点并辅以示例分析，同时贯穿着对安全、性能、能耗和可靠性等关键问题的讨论，构建起一个完整且清晰的知识体系。第5版涉及物联网、嵌入式多核等领域，引入了LoRa协议、内存保护等新内容，并且更新了大量经典案例。本书适合作为计算机、电子信息、通信工程、自动化及相关专业高年级本科生和研究生的教材，也适合相关方向的工程技术人员参考。
目录
目 录
译者序
第1版序言
第5版前言
第4版前言
第3版前言
第2版前言
第1版前言
第1章 嵌入式计算1
1.1 引言1
1.2 复杂系统与微处理器1
1.2.1 嵌入式计算机2
1.2.2 嵌入式计算应用的特点3
1.2.3 为什么使用微处理器4
1.2.4 嵌入式计算、物联网系统与
信息物理系统5
1.2.5 防危性和安全性6
1.2.6 嵌入式系统设计的难点6
1.2.7 嵌入式计算系统的性能7
1.3 嵌入式系统设计过程8
1.3.1 需求9
1.3.2 规格说明13
1.3.3 体系结构设计13
1.3.4 设计硬件与软件组件15
1.3.5 系统集成15
1.3.6 系统设计的形式化方法15
1.3.7 结构描述16
1.3.8 行为描述20
1.4 设计示例：模型火车控制器22
1.4.1 需求23
1.4.2 DCC23
1.4.3 概念性规格说明25
1.4.4 详细规格说明27
1.4.5 经验总结32
1.5 本书导读32
1.5.1 第2章：指令集33
1.5.2 第3章：CPU33
1.5.3 第4章：计算平台33
1.5.4 第5章：程序设计与分析34
1.5.5 第6章：进程和操作系统34
1.5.6 第7章：系统设计技术35
1.5.7 第8章：物联网系统35
1.5.8 第9章：汽车和飞机系统36
1.5.9 第10章：嵌入式多处理器36
1.6 总结36
扩展阅读37
问题37
上机练习38
第2章 指令集39
2.1 引言39
2.2 预备知识39
2.2.1 计算机体系结构分类39
2.2.2 汇编语言41
2.2.3 VLIW处理器43
2.3 ARM处理器44
2.3.1 处理器和存储体系44
2.3.2 数据操作45
2.3.3 控制流程50
2.3.4 ARM的高级特性55
2.4 PICmicro中端微处理器系列55
2.4.1 处理器和存储体系55
2.4.2 数据操作56
2.4.3 控制流程57
2.5 TI C55x DSP58
2.5.1 处理器和存储体系59
2.5.2 寻址模式61
2.5.3 数据操作63
2.5.4 控制流程64
2.5.5 C语言编程指南65
2.6 TI C64x66
2.7 总结69
扩展阅读69
问题69
上机练习70
第3章 CPU71
3.1 引言71
3.2 I/O编程71
3.2.1 I/O设备71
3.2.2 I/O原语73
3.2.3 忙等I/O74
3.2.4 中断76
3.3 特权模式、异常和陷阱86
3.3.1 特权模式86
3.3.2 异常86
3.3.3 陷阱87
3.4 协处理器87
3.5 存储系统机制88
3.5.1 高速缓存88
3.5.2 存储管理单元和地址转换93
3.5.3 存储保护单元96
3.6 CPU的性能96
3.6.1 流水线技术96
3.6.2 高速缓存的性能100
3.7 CPU的功耗101
3.7.1 CMOS的功耗101
3.7.2 电源管理模式101
3.7.3 程序级电源管理103
3.8 防危性和安全性103
3.9 设计示例：数据压缩器105
3.9.1 需求和算法105
3.9.2 规格说明107
3.9.3 程序设计108
3.9.4 测试113
3.10 总结114
扩展阅读114
问题114
上机练习117
第4章 计算平台118
4.1 引言118
4.2 基本的计算平台118
4.2.1 平台硬件组件118
4.2.2 平台软件组件120
4.3 CPU总线121
4.3.1 总线结构和协议121
4.3.2 直接内存访问126
4.3.3 系统总线配置127
4.4 存储设备和系统129
4.4.1 存储系统体系130
4.5 I/O设备131
4.6 基于计算平台的系统设计133
4.6.1 示例平台133
4.6.2 选择平台135
4.6.3 知识产权135
4.6.4 开发环境136
4.6.5 看门狗定时器136
4.6.6 调试技术137
4.6.7 调试中的困难和挑战139
4.7 嵌入式文件系统140
4.8 平台级性能分析141
4.9 平台级电源管理144
4.10 平台安全性145
4.11 设计示例：闹钟146
4.11.1 需求146
4.11.2 规格说明147
4.11.3 系统体系结构150
4.11.4 组件设计和测试152
4.11.5 系统集成和测试152
4.12 设计示例：喷气发动机控制器152
4.12.1 操作原理和要求152
4.12.2 规格说明152
4.12.3 系统体系结构153
4.12.4 组件设计153
4.12.5 系统集成和测试154
4.13 总结154
扩展阅读154
问题154
上机练习156
第5章 程序设计与分析157
5.1 引言157
5.2 嵌入
前言/序言
第1版序言
数字系统设计已经进入新的时代。当微处理器设计转向一种典型的优化工作时，只把微处理器作为其部件的嵌入式计算系统设计已经成为一个广阔的新领域。无线系统、可穿戴系统、网络系统、智能家电、工业过程系统、先进汽车系统以及生物接口系统与这个新领域均有交叉，是嵌入式系统设计的热门应用方向。
受传感器、转换器、微电子学、处理器性能、操作系统、通信技术、用户接口和封装技术进步的推动，以及对于用户需要和市场潜能的深入理解，涌现出大量新的系统和应用。现在系统设计师和嵌入式系统设计人员的职责就是把这些可能变成现实。
然而现在，嵌入式系统设计仍处于手工阶段。虽然有关硬件组件和软件子系统的知识是很清楚的，但是还没有通用的统筹整个设计过程的系统设计方法，在大多数情况下，仍然是为每个项目完成一个专门的设计。
嵌入式系统设计所面临的某些挑战源于基础技术的改变以及系统各部件全部正确地混合和集成在一起的奥妙，另一些挑战源于新的并且常常是不熟悉的系统需求。此外，通信和协作基础设施及技术的改善使得设计对市场需求的响应达到了前所未有的速度。但是，还没有有效的设计方法和相关的设计工具足以迅速应对这些挑战。
在VLSI时代的开始阶段，晶体管和导线是基本部件，快速设计单芯片计算机是一种梦想。今天，CPU和各种专用处理器以及子系统仅是一些基本部件，但快速、高效地设计极复杂的嵌入式系统却仍是一个梦想。现在不但系统规格说明极其复杂，而且面临着实时期限、低功耗、有效地支持复杂实时用户界面、强劲的成本竞争以及设计的系统必须可升级等问题。
Wayne Wolf教授编写了系统地处理大量新的系统设计需求和挑战的第一本教科书。Wolf提出了嵌入式系统设计的形式体系和方法学，可以为嵌入式系统架构师提供帮助。这些架构师要真正理解各种组件的技术原理和系统设计基础，并运用书中的方法构造出新型的“超薄”系统。
从分析每一种技术的基础出发，Wolf教授为规范和建造系统结构及行为提供了形式化方法，然后通过一系列示例解析这些思想，而且还仔细研究了所涉及的复杂性以及如何系统地处理这些复杂问题。你会提前清楚地理解这些设计问题的本质，并知道攻克这些难关的关键方法和工具。
作为关于嵌入式系统设计的第一本教科书，本书必将成为帮助读者在这个重要和最新出现的领域里获得知识的无价工具。本书亦可以作为实际设计工作的可靠指南。我向读者强烈推荐本书。
Lynn Conway
密歇根大学电气工程和计算机科学系荣休教授
第5版前言
第5版的出版已是在本书出版20周年纪念之后了。我于1999年末完成了第1版的最终草稿。彼时，嵌入式计算已经成为计算的一个新领域并逐渐成熟，而如今，它已成为计算机系统的一个重要领域。嵌入式计算机围绕着我们，并在我们生活的几乎每个可以想到的方面为我们提供帮助。
回顾过去，我认为早期的一些重要内容仍然在使用，例如ARM、UML和实时计算，而低功耗计算则比第1版时更加重要。此外，物联网已经成为嵌入式计算的重要应用。
在这个版本中，我对全书做了修订：新增安全性和防危性方面的论述，包括物理安全和信息安全，这些内容贯穿全书。我还更新了其他部分讨论。
同之前的版本一样，在本书网站https://www.marilynwolf.com上可以找到相关材料，你还可以在我的YouTube嵌入式系统栏目上找到相关视频。
我要感谢编辑Stephen Merken对我的帮助和指导。还要感谢Alice Grant、Michelle Fisher、Paul Janish、Chris Hockaday以及他们的制作团队，感谢他们的关心和督促。非常感谢审稿人给出的经过深思熟虑的评论。当然，本书中依然存在的任何不足都是我的责任。
Marilyn Wolf
内布拉斯加州林肯市
2022年3月
第4版前言
准备本书第4版的过程使我意识到自己已不再年轻。在1999年底，我完成了第1版的最终草稿。从那时起，嵌入式计算技术发展迅猛，但是核心原理依然基本保持不变。我对整本书进行了修改：整理问题，修改文稿，对某些章节重新排序以改进思路，并删除了一些不重要的内容。
本书在两方面做出了巨大改动。第一，新增了物联网（IoT）这一章；第二，将安全性贯穿全书。自第3版出版以来，IoT就已作为一个重要主题出现，但是它的实现依赖于现存的技术和知识。在第4版中，新的IoT章节综述了几个用于IoT应用的无线网络，也给出了一些IoT系统的模型。安全性对于嵌入式系统一直都很重要，虽然本书第1版就已讨论过医疗设备的安全性，但是一系列事件又突出了这一主题的关键特性。
在前几版中，一些高级的知识点都放在第8章，包括多处理器片上系统和网络嵌入式系统等。第4版将这些内容扩展并分为三章：第8章涵盖OSI和网络协议，以及IoT特定主题的知识；第9章探讨汽车环境中的网络嵌入式系统，并涵盖安全性
