前言 本书的特点 嵌入式系统是21世纪具有广阔发展前景的技术方向之一。随着微电子技术、网络技术等信息技术的飞速发展，对嵌入式应用的设计要求越来越复杂，已有的基于8/16位单片机的嵌入式应用已经逐渐让位给基于32位嵌入式微处理器的嵌入式应用。由于在种类繁多的32位嵌入式CPU中，基于ARM CPU内核的嵌入式微处理器所占的比例最高，而且它基于RISC架构，利于学习和掌握。因此，本书选择基于ARM CPU内核的嵌入式系统作为本书的参考硬件平台。针对上述发展现状，通过对嵌入式系统开发的实践过程，总结出嵌入式系统开发需要掌握的知识和经验，编写了这本书。与以往单纯介绍嵌入式系统知识的书籍相比，本书更注重理论性和实践性相结合，具有如下特点： 第一，本书对ARM为核心的CPU、外设和开发板进行了全面深入的讲解，从而可以真正从实践中了解和掌握嵌入式系统的硬件开发知识。 第二，本书选择Linux作为我们研究的嵌入式操作系统。Linux是功能强大的操作系统，横跨了服务器、台式机和嵌入式系统三个硬件领域。由于开放源代码，读者可以深入地分析和了解它们的实现细节，从而可以更深入地了解嵌入式操作系统和系统软件的具体开发和实现过程。 第三，如果要开发面向嵌入式领域的系统级软件或操作系统，选择基于GPL协议和Open Source协议的开发工具有很多优势。目前开源工具（GNU Tools）支持的嵌入式CPU种类是最多的，远远超过其他的嵌入式开发工具，而且目前还有多种高质量的集成开发环境（IDE）的支持，这样开发人员除了直接使用命令行工具还有更多的选择空间。因此，本书选择GNU Tools等高质量软件作为嵌入式开发工具。本书介绍的操作系统和系统软件实例都是用GNU Tools开发的。 第四，本书配有实验指导书和光盘，光盘上提供嵌入式软件开发工具和硬件模拟器、嵌入式操作系统和本书作者实现的软件实例。读者在阅读本书的时候，可以配合实验指导书和光盘提供的软件来进行实践。 内容的组织 本书由12章构成。第1章为绪论，介绍了嵌入式系统的一些基本概念，包括嵌入式系统的起源、发展过程、分类以及当前嵌入式系统的几个组成部分等内容；第2章到第5章为硬件部分，主要介绍了嵌入式系统硬件的组成原理、ARM体系结构、ARM处理器、基于ARM处理器的嵌入式开发板等内容；第6章到第12章介绍了在嵌入式系统开发过程中需要使用的各种开发工具和开发手段，涉及操作系统移植、驱动开发、应用程序开发等。具体的内容如下： 嵌入式系统原理及应用开发第1章，介绍了嵌入式系统的一些基本概念和基本知识； 第2章，介绍了嵌入式硬件系统的组成原理、最小系统组成、外设等； 第3章，介绍了ARM体系结构、ARM系列内核分类、ARM指令集和ARM的MMU设计等部分； 第4章，介绍了ARM嵌入式处理器的基本概念与类型，并以两种ARM处理器：S3C44B0X和PXA 2xx为代表，介绍ARM处理器的结构和功能部件； 第5章，介绍了嵌入式系统扩展的逻辑组成和基于S3C44B0X处理器的嵌入式系统以及基于PXA2xx处理器的嵌入式系统； 第6章，讲述了嵌入式软件开发的基础知识，包括嵌入式的开发语言、程序开发流程、嵌入式调试工具以及C语言程序结构等几方面的内容； 第7章，讲述了在Linux下的GNU Tools的使用，特别是ld、gcc、gdb、make的使用细节； 第8章，介绍了嵌入式Linux构建的原理和流程，包括BootLoader的实现原理、Linux内核的编译过程、根文件系统和具体文件系统的描述等内容； 第9章，讲述了Linux内核的移植原理，介绍了标准Linux 26在具有MMU的ARM处理器上的移植和μClinux 24在无MMU的ARM处理器上的移植； 第10章，介绍了Linux的内核驱动程序的基础知识，不涉及具体硬件的驱动程序，主要包含内核模块的功能、字符设备、块设备和网络设备的驱动程序框架等内容； 第11章，介绍了Linux的驱动程序开发中主要的3种驱动程序：串口驱动、帧缓冲驱动和以太网驱动； 第12章，介绍了嵌入式系统的应用程序开发，主要包括嵌入式GUI系统和网络应用两个方面。嵌入式GUI的内容涉及嵌入式GUI系统、GUI系统下层的移植和GUI系统上层的应用程序开发；网络应用的内容主要包含Linux应用层面中的网络编程。 阅读建议 为了更好地阅读本书，我们希望读者熟悉C语言，对计算机体系结构、ARM体系结构和汇编指令有一定的了解，能够掌握Linux的基本使用方法。由于本书中部分内容与硬件相关，我们在提到特定硬件时，给出了必要的信息。 本书的大多数实验都是在Linux上运行的，所以熟悉使用Linux是能够实践本书讲解内容的基础。如果您是嵌入式系统的初学者，建议读者一边阅读本书，一边参照配套的实验教材中的内容在Linux系统上进行各种实践。如果没有真实的开发板硬件，则可以用ARM嵌入式硬件模拟器在PC上进行实践。 本书的各个章节有一定的联系和相关性，其关系图如下所示：第10章Linux内核驱动原理 第11章嵌入式Linux驱动开发第9章嵌入式Linux系统移植第8章构建嵌入式Linux系统第12章 嵌入式系统的 应用程序开发第5章实际嵌入式系统第7章 嵌入式Linux开发环境第2章 嵌入式硬件组成第4章ARM嵌入式处理器第3章ARM体系结构第6章 嵌入式软件 开发基础第1章绪论各章之间的关系图 本书的组织和编写工作主要由陈渝、韩超和李明完成，韩超和陈渝完成全书的统稿。此外，参与本书编写的还有谢劲松、王月龙、刘永安、吴德新、冯学青、邓祺和李鹏飞。北京亚嵌教育研究中心的老师和学员在教学实践过程中也对本书的部分章节提出了很好的建议，在此一并表示感谢。 虽然作者对本书进行了认真地检查，但书中肯定还有不足之处，恳请读者批评指正。 编者