本書的最終目標(biāo)是為支持多線程風(fēng)格的程序設(shè)計(jì)和嵌入式軟件的高可靠性需求建立堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。書中以實(shí)踐中最常運(yùn)用的方式講解匯編語言——實(shí)現(xiàn)小型、快速或特殊目的的例程，這些例程由主程序（高級(jí)語言編寫，如C）調(diào)用。通過運(yùn)用嵌入式軟件環(huán)境，本書介紹多線程程序設(shè)計(jì)、可搶占式系統(tǒng)與非可搶占式系統(tǒng)、共享資源和調(diào)度，幫助學(xué)生保持學(xué)習(xí)興趣，滿足他們的好奇心，并為操作系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及基于多處理器的設(shè)計(jì)等后續(xù)課程做好充分準(zhǔn)備。前版由高教社引進(jìn)，新版用最新的ARM Cortex-M3 v7處理器替代了早期的Intel IA32處理器，更加符合目前越來越多的實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用需求。

本書適用于高等院校工科各專業(yè)本科嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、C語言程序設(shè)計(jì)及匯編語言程序設(shè)計(jì)類課程，也可供相關(guān)技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。

目錄
 

出版者的話
譯者序
獻(xiàn)辭
前言
第1章　 導(dǎo)論 1
1.1　 什么是嵌入式系統(tǒng) 1
1.2　 嵌入式軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)有什么獨(dú)特性 3
1.3　 什么是實(shí)時(shí)系統(tǒng) 4
1.4　 什么是多線程 4
1.5　 嵌入式處理器到底有多強(qiáng)大 4
1.6　 如何使用編程語言 5
1.7　 構(gòu)建嵌入式應(yīng)用有什么不同之處 6
1.8　 典型的嵌入式程序有多大 7
習(xí)題 7
第2章　 數(shù)的表示 9
2.1　 固定精度二進(jìn)制數(shù) 9
2.2　 按位計(jì)數(shù)制 10
2.2.1　 二進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 11
2.2.2　 十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換 11
2.2.3　 十六進(jìn)制：二進(jìn)制的簡寫 13
2.2.4　 固定精度、反轉(zhuǎn)與溢出 14
2.3　 整數(shù)的二進(jìn)制表示 14
2.3.1　 帶符號(hào)整數(shù) 15
2.3.2　 同一數(shù)量級(jí)的正數(shù)和負(fù)數(shù)表示 15
2.3.3　 解釋2的補(bǔ)碼的值 16
2.3.4　 改變具有整數(shù)和小數(shù)部分的數(shù)的符號(hào) 17
2.3.5　 二進(jìn)制加減法 17
2.3.6　 表示范圍與溢出 19
2.4　 實(shí)數(shù)的二進(jìn)制表示 19
2.4.1　 浮點(diǎn)表示的實(shí)數(shù) 19
2.4.2　 定點(diǎn)表示的實(shí)數(shù) 21
2.5　 文本的ASCII碼表示 22
2.6　 二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制 23
習(xí)題 24
第3章　實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算 27
3.1　 2的補(bǔ)碼與硬件復(fù)雜度 27
3.2　 乘法與除法 29
3.2.1　 有符號(hào)與無符號(hào)乘法 29
3.2.2　 通過對(duì)2的移位來實(shí)現(xiàn)乘或者除 29
3.2.3　 乘以任意常量 30
3.2.4　 除以任意常量 31
3.3　 定點(diǎn)實(shí)數(shù)的算術(shù)運(yùn)算 31
3.3.1　 使用標(biāo)準(zhǔn)16.16格式的定點(diǎn)數(shù) 33
3.3.2　 使用標(biāo)準(zhǔn)32.32格式的定點(diǎn)數(shù) 34
3.3.3　 32.32定點(diǎn)實(shí)數(shù)乘法 34
3.3.4　 實(shí)例：4.4定點(diǎn)實(shí)數(shù)乘法 36
習(xí)題 37
第4章　C的整數(shù)類型及其使用 39
4.1　 整數(shù)數(shù)據(jù)類型 39
4.2　 布爾數(shù)據(jù)類型 42
4.3　 混合數(shù)據(jù)類型 43
4.4　 內(nèi)存中的位操作 43
4.4.1　 測(cè)試位 45
4.4.2　 設(shè)置、清除與反轉(zhuǎn)位 45
4.4.3　 提取位 46
4.4.4　 插入位 46
4.5　 I/O端口的位操作 47
4.5.1　 只寫I/O設(shè)備 47
4.5.2　 基于讀和寫的I/O設(shè)備 48
4.5.3　 基于串行訪問的I/O設(shè)備 49
4.5.4　 基于寫入數(shù)據(jù)位的I/O設(shè)備 49
4.6　 訪問內(nèi)存映射的I/O設(shè)備 50
4.6.1　 使用指針訪問數(shù)據(jù) 50
4.6.2　 數(shù)組、指針和取地址操作符 51
4.7　 結(jié)構(gòu)體 51
4.7.1　 封裝的結(jié)構(gòu)體 52
4.7.2　 位域 54
4.8　 變量訪問 54
4.8.1　 獲取對(duì)象的地址 55
4.8.2　 使用聯(lián)合體 56
習(xí)題 56
第5章　匯編程序設(shè)計(jì)Ⅰ：計(jì)算機(jī)組成 60
5.1　 內(nèi)存 61
5.2　 中央處理單元 64
5.2.1　 其他寄存器 65
5.2.2　 取指–執(zhí)行周期 65
5.3　 輸入/輸出 67
5.4　 ARM Cortex-M3 v7M體系結(jié)構(gòu)概述 67
5.4.1　 內(nèi)部組成 68
5.4.2　 指令流水線 69
5.4.3　 存儲(chǔ)模型 70
5.4.4　 位帶 71
5.5　 ARM匯編語言 72
5.5.1　 指令格式與操作數(shù) 72
5.5.2　 將匯編翻譯為二進(jìn)制 73
習(xí)題 74
第6章　匯編程序設(shè)計(jì)Ⅱ：數(shù)據(jù)操作 77
6.1　 將常量裝入寄存器 77
6.2　 將內(nèi)存數(shù)據(jù)裝入寄存器 77
6.3　 數(shù)據(jù)從寄存器存入內(nèi)存 79
6.4　 將簡單的C賦值語句轉(zhuǎn)換為ARM匯編代碼 80
6.5　 內(nèi)存地址計(jì)算 81
6.6　 內(nèi)存尋址實(shí)例 81
6.6.1　 將C指針表達(dá)式翻譯為匯編代碼 82
6.6.2　 將C下標(biāo)表達(dá)式翻譯為匯編代碼 83
6.6.3　 將結(jié)構(gòu)體引用翻譯為匯編代碼 83
6.7　 棧指令 84
6.8　 數(shù)據(jù)處理指令 85
6.8.1　 在APSR中更新標(biāo)識(shí) 85
6.8.2　 算術(shù)運(yùn)算指令 85
6.8.3　 位操作指令 86
6.8.4　 移位指令 87
6.8.5　 位域操作指令 88
6.8.6　 混合位、字節(jié)和半字指令 89
習(xí)題 90
第7章　匯編程序設(shè)計(jì)Ⅲ：控制結(jié)構(gòu) 92
7.1　 指令序列 92
7.2　 實(shí)現(xiàn)判定 92
7.2.1　 條件分支指令 93
7.2.2　 if-then和if-then-else語句 94
7.2.3　 復(fù)合條件碼 95
7.2.4　 if-then指令 96
7.3　 實(shí)現(xiàn)循環(huán) 97
7.4　 函數(shù)的實(shí)現(xiàn) 99
7.4.1　 函數(shù)調(diào)用和返回 99
7.4.2　 寄存器使用 100
7.4.3　 參數(shù)傳遞 101
7.4.4　 返回值 101
7.4.5　 臨時(shí)變量 102
7.4.6　 保存寄存器值 102
習(xí)題 103
第8章　匯編程序設(shè)計(jì)Ⅳ：I/O編程 106
8.1　 Cortex-M3 I/O硬件 106
8.1.1　 中斷和異常 107
8.1.2　 線程和異常處理模式 107
8.1.3　 進(jìn)入異常處理程序 107
8.1.4　 從異常處理程序返回 108
8.1.5　 減少延遲 108
8.1.6　 優(yōu)先級(jí)與嵌套異常 109
8.2　 同步、傳輸率與延遲 111
8.3　 緩沖區(qū)與隊(duì)列 111
8.4　 評(píng)價(jià)I/O的執(zhí)行能力 113
8.4.1　 輪詢等待循環(huán) 114
8.4.2　 中斷驅(qū)動(dòng)的I/O 116
8.4.3　 直接內(nèi)存訪問 117
8.4.4　 不同方法的比較 117
習(xí)題 118
第9章　并發(fā)軟件 120
9.1　 前臺(tái)/后臺(tái)系統(tǒng) 120
9.1.1　 線程狀態(tài)與串行化 120
9.1.2　 延遲管理 121
9.1.3　 中斷溢出 123
9.1.4　 將工作轉(zhuǎn)移到后臺(tái) 123
9.2　 多線程編程 124
9.2.1　 獨(dú)立線程的并發(fā)執(zhí)行 124
9.2.2　 上下文切換 124
9.2.3　 非搶占（合作）多線程 125
9.2.4　 搶占式多線程 126
9.3　 共享資源與臨界區(qū) 127
9.3.1　 禁止中斷 127
9.3.2　 禁止任務(wù)切換 127
9.3.3　 自旋鎖 128
9.3.4　 互斥對(duì)象 128
9.3.5　 信號(hào)量 129
習(xí)題 129
第10章　調(diào)度 131
10.1　 線程狀態(tài) 131
10.2　 等待中的線程 132
10.3　 上下文切換 132
10.4　 輪轉(zhuǎn)調(diào)度 134
10.5　 基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度 134
10.5.1　 資源饑餓 134
10.5.2　 優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn) 134
10.5.3　 優(yōu)先級(jí)上限協(xié)議 135
10.5.4　 優(yōu)先級(jí)繼承協(xié)議 135
10.6　 分配優(yōu)先級(jí) 136
10.6.1　 最后期限驅(qū)動(dòng)的調(diào)度 136
10.6.2　 速率單調(diào)的調(diào)度 137
10.7　 死鎖 137
10.8　 看門狗定時(shí)器 138
習(xí)題 140
第11章　存儲(chǔ)管理 142
11.1　 C語言中的對(duì)象 142
11.2　 作用域 143
11.2.1　 改進(jìn)局部作用域 143
11.2.2　 改進(jìn)全局作用域 144
11.3　 生命周期 145
11.4　 自動(dòng)分配 145
11.5　 靜態(tài)分配 146
11.6　 三個(gè)程序：區(qū)分靜態(tài)分配和自動(dòng)分配 147
11.6.1　 對(duì)象創(chuàng)建 147
11.6.2　 對(duì)象初始化 147
11.6.3　 對(duì)象銷毀 148
11.7　 動(dòng)態(tài)分配 149
11.7.1　 內(nèi)存碎片 150
11.7.2　 內(nèi)存分配池 150
11.8　 具有變量大小的動(dòng)態(tài)分配 150
11.9　 遞歸函數(shù)和內(nèi)存分配 152
習(xí)題 152
第12章　共享內(nèi)存 157
12.1　 確定共享對(duì)象 157
12.1.1　 共享全局?jǐn)?shù)據(jù) 157
12.1.2　 共享私有數(shù)據(jù) 157
12.1.3　 共享函數(shù) 157
12.2　 可重入函數(shù) 158
12.3　 只讀數(shù)據(jù) 158
12.4　 編程實(shí)踐需要避免的事項(xiàng) 159
12.4.1　 將內(nèi)部狀態(tài)保持在本地靜態(tài)對(duì)象的函數(shù) 159
12.4.2　 返回本地靜態(tài)對(duì)象地址的函數(shù) 161
12.5　 訪問共享內(nèi)存 162
12.5.1　 處理器體系結(jié)構(gòu)的影響 163
12.5.2　 只讀和只寫訪問 164
12.5.3　 類型限定符volatile 164
習(xí)題 165
第13章　系統(tǒng)初始化 168
13.1　 內(nèi)存層次 168
13.2　 CPU和向量表 168
13.3　 C運(yùn)行時(shí)環(huán)境 170
13.3.1　 將初始值從非易失性存儲(chǔ)器復(fù)制到數(shù)據(jù)區(qū) 170
13.3.2　 將未初始化的靜態(tài)變量歸零 170
13.3.3　 設(shè)置堆 171
13.4　 系統(tǒng)定時(shí)器 171
13.5　 其他外圍設(shè)備 172
部分習(xí)題答案 173
索引 175