ARM嵌入式系統開發軟件設計與優化電子書

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ARM嵌入式系統開發軟件設計與優化簡介

《ARM嵌入式系統開發:軟件設計與優化》從軟件設計的角度，全面、系統地介紹了ARM處理器的基本體系結構和軟件設計與優化方法。內容包括：ARM處理器基礎；ARM/Thumb指令集；C語言與匯編語言程序的設計與優化；基本運算、操作的優化；基于ARM的DSP；異常與中斷處理；固件與嵌入式OS；cache與存儲器管理；ARMv6體系結構的特點等。全書內容完整，針對各種不同的ARM內核系統結構都有詳盡論述，并有大量的例子和源代碼。附錄給出了完整的ARMv4/v5/Thumb指令的功能、編碼、周期定時以及匯編參考。

ARM嵌入式系統開發軟件設計與優化pdf版目錄

第1章 基于ARM的嵌入式系統

1.1 RISC設計思想

1.2 ARM設計思想

1.3 嵌入式系統的硬件

1.3.1 ARM總線技術

1.3.2 AMBA總線協議

1.3.3 存儲器

1.3.4 外設

1.4 嵌入式系統的軟件

1.4.1 初始化（啟動）代碼

1.4.2 操作系統

1.4.3 應用程序

1.5 總結

第2章 ARM處理器基礎

2.1 寄存器

2.2 當前程序狀態寄存器

2.2.1 處理器模式

2.2.2 分組寄存器

2.2.3 狀態和指令集

2.2.4 中斷屏蔽

2.2.5 條件標志

2.2.6 條件執行

2.3 流水線

2.4 異常、中斷及向量表

2.5 內核擴展

2.5.1 cache和緊耦合存儲器

2.5.2 存儲管理

2.5.3 協處理器

2.6 體系結構的不同版本

2.6.1 命名規則

2.6.2 體系結構的發展

2.7 ARM處理器系列

2.7.1 ARM7系列

2.7.2 ARM9系列

2.7.3 ARM10系列

2.7.4 ARM11系列

2.7.5 專用處理器

2.8 總結

第3章 ARM指令集

3.1 數據處理指令

3.1.1 MOVE指令

3.1.2 桶形移位器

3.1.3 算術指令

3.1.4 算術指令使用桶形移位器

3.1.5 邏輯指令

3.1.6 比較指令

3.1.7 乘法指令

3.2 分支指令

3.3 load?store指令

3.3.1 單寄存器傳送指令

3.3.2 單寄存器load?store指令的尋址方式

3.3.3 多寄存器傳送指令

3.3.4 交換指令

3.4 軟件中斷指令

3.5 程序狀態寄存器指令

3.5.1 協處理器指令

3.5.2 協處理器15（CP15）指令語法

3.6 常量的裝載

3.7 ARMv5E擴展

3.7.1 零計數指令

3.7.2 飽和算術指令

3.7.3 ARMv5E乘法指令

3.8 條件執行

3.9 總結

第4章 Thumb指令集

4.1 Thumb寄存器的使用

4.2 ARM-Thumb交互

4.3 其它分支指令

4.4 數據處理指令

4.5 單寄存器load-store指令

4.6 多寄存器load-store指令

4.7 堆棧指令

4.8 軟件中斷指令

4.9 總結

第5章 高效的C編程

5.1 C編譯器及其優化概述

5.2 基本的C數據類型

5.2.1 局部變量類型

5.2.2 函數參數類型

5.2.3 有符號數與無符號數

5.3 C循環結構

5.3.1 固定次數的循環

5.3.2 不定次數的循環

5.3.3 循環展開

5.4 寄存器分配

5.5 函數調用

5.6 指針別名

5.7 結構體安排

5.8 位域

5.9 邊界不對齊數據和字節排列方式（大/小端）

5.10 除法

5.10.1 帶余數的無符號重復除法

5.10.2 把除轉換為乘

5.10.3 除數是常數的無符號除法

5.10.4 除數是常數的有符號除法

5.11 浮點運算

5.12 內聯函數和內嵌匯編

5.13 移植問題

5.14 總結

第6章 ARM匯編與優化

6.1 編寫匯編代碼

6.2 性能分析和周期計數

6.3 指令調整

6.4 寄存器分配

6.4.1 分配變量給寄存器

6.4.2 使用超過14個的局部變量

6.4.3 最大限度地使用寄存器

6.5 條件執行

6.6 循環結構

6.6.1 減計數循環

6.6.2 展開計數循環

6.6.3 多層嵌套循環

6.6.4 其它計數循環

6.7 位操作

6.7.1 固定寬度的位域打包和解包

6.7.2 可變寬度編碼的位流打包

6.7.3 可變寬度編碼的位流解包

6.8 高效的switch

6.8.1 在范圍0≤x<N的switch

6.8.2 基于通用變量x的switch

6.9 邊界不對齊數據的處理

6.10 總結

第7章 基本運算優化

7.1 雙精度整數乘法

7.1.1 長整型乘法

7.1.2 128位結果的無符號64位乘法

7.1.3 128位結果的有符號64位整數乘法

7.2 整數規格化和前導0計數

7.2.1 ARMv5及以上體系結構的整數規格化

7.2.2 在ARMv4體系結構上的規格化

7.2.3 后綴0計數

7.3 除法

7.3.1 通過試探減法實現無符號數除法

7.3.2 無符號整數的NewtonRaphson除法

7.3.3 無符號小數NewtonRaphson除法

7.3.4 有符號數除法

7.4 平方根

7.4.1 通過試探減法計算平方根

7.4.2 使用NewtonRaphson迭代計算平方根

7.5 超越函數：log,exp,sin,cos

7.5.1 以2為底的對數運算

7.5.2 2的乘冪

7.5.3 三角函數

7.6 字節順序反轉和位操作

7.6.1 字節順序反轉

7.6.2 位變換

7.6.3‘1’位計數

7.7 飽和及舍入運算

7.7.1 飽和32位數到16位

7.7.2 飽和左移

7.7.3 舍入右移

7.7.4 飽和的32位加減法

7.7.5 飽和絕對值

7.8 隨機數產生

7.9 總結

第8章 數字信號處理

8.1 表示一個數字信號

8.1.1 選擇一種表示方法

8.1.2 操作以定點格式存儲的值

8.1.3 定點信號的加法和減法

8.1.4 定點信號的乘法

8.1.5 定點信號的除法

8.1.6 定點信號的平方根

8.1.7 小結：數字信號的表示

8.2 基于ARM的DSP介紹

8.2.1 ARM7TDMI的DSP

8.2.2 ARM9TDMI的DSP

8.2.3 StrongARM的DSP

8.2.4 ARM9E的DSP

8.2.5 ARM10E的DSP

8.2.6 Intel Xscale的DSP

8.3 FIR濾波器

8.4 IIR濾波

8.5 離散傅里葉變換

8.6 總結

第9章 異常和中斷處理

9.1 異常處理

9.1.1 ARM處理器模式及異常

9.1.2 向量表

9.1.3 異常優先級

9.1.4 鏈接寄存器偏移

9.2 中斷

9.2.1 分配中斷

9.2.2 中斷延遲

9.2.3 IRQ與FIQ異常

9.2.4 基本的中斷堆棧設計與實現

9.3 中斷處理方法

9.3.1 非嵌套中斷處理

9.3.2 嵌套中斷處理

9.3.3 可重入中斷處理

9.3.4 優先級簡單中斷處理

9.3.5 優先級標準中斷處理

9.3.6 優先級直接中斷處理

9.3.7 優先級分組中斷處理

9.3.8 基于VIC PL190的中斷服務例程

9.4 總結

第10章 固件

10.1 固件和引導裝載程序

10.1.1 ARM Firmware Suite

10.1.2 Red Hat Redboot

10.2 例子：Sandstone

10.2.1 Sandstone的目錄結構

10.2.2 Sandstone的代碼結構

10.3 總結

第11章 嵌入式操作系統

11.1 基本模塊

11.2 實例：簡單小型操作系統SLOS

11.2.1 SLOS目錄結構

11.2.2 初始化

11.2.3 存儲模型

11.2.4 中斷和異常處理

11.2.5 調度程序

11.2.6 上下文切換

11.2.7 設備驅動程序框架

11.3 總結

第12章 高速緩沖存儲器cache

12.1 存儲層次和cache

12.2 cache結構

12.2.1 cache存儲器的基本結構

12.2.2 cache控制器的基本操作

12.2.3 cache與主存的關系

12.2.4 組相聯

12.2.5 寫緩沖器

12.2.6 cache效率的衡量

12.3 cache策略

12.3.1 寫策略——直寫法或回寫法

12.3.2 cache行替換策略

12.3.3 cache失效時的分配策略

12.4 協處理器15與cache

12.5 清除和清理cache

12.5.1 清除cache

12.5.2 清理cache

12.5.3 清理D?cache

12.5.4 使用路和組索引尋址清理D-cache

12.5.5 使用test-clean命令清理D-cache

12.5.6 在Intel XScale SA110和Intel StrongARM內核中清理D-cache

12.5.7 清理和清除部分cache

12.6 cache鎖定

12.6.1 在cache中鎖定代碼和數據

12.6.2 通過增加路索引來鎖定cache

12.6.3 使用鎖定位鎖定cache

12.6.4 在Intel XScale SA110中鎖定cache行

12.7 cache與軟件性能

12.8 總結

第13章 存儲器保護單元MPU

13.1 受保護的區域

13.1.1 重疊區域

13.1.2 背景區域

13.2 初始化MPU，cache和寫緩沖器

13.2.1 定義區域的大小和位置

13.2.2 訪問權限

13.2.3 設置區域的cache和寫緩沖器屬性

13.2.4 使能區域和MPU

13.3 MPU系統示例

13.3.1 系統需求

13.3.2 使用存儲器映射分配區域

13.3.3 初始化MPU

13.3.4 初始化和配置區域

13.3.5 完成初始化MPU

13.3.6 受保護系統的上下文切換

13.3.7 mpuSLOS

13.4 總結

第14章 存儲管理單元

14.1 從MPU到MMU

14.2 虛存如何工作

14.2.1 使用頁定義區域

14.2.2 多任務和MMU

14.2.3 虛存系統的存儲器組織

14.3 ARM MMU的詳情

14.4 頁表

14.4.1 一級頁表項

14.4.2 L1轉換表基地址

14.4.3 二級頁表項

14.4.4 為嵌入式系統選擇合適的頁大小

14.5 轉換旁路緩沖器

14.5.1 單步頁表搜索

14.5.2 2步頁表搜索

14.5.3 TLB操作

14.5.4 TLB鎖定

14.6 域和存儲器訪問權限

14.7 cache和寫緩沖器

14.8 協處理器CP15和MMU配置

14.9 快速上下文切換擴展

14.9.1 FCSE如何使用頁表和域

14.9.2 使用FCSE的提示

14.10 示例：一個簡單的虛擬存儲系統

14.10.1 第1步：定義固定的系統軟件區域

14.10.2 第2步：為每個任務定義虛存映射

14.10.3 第3步：在物理存儲器中定位區域

14.10.4 第4步：定義和定位頁表

14.10.5 第5步：定義頁表和區域數據結構

14.10.6 第6步：初始化MMU、Cache和寫緩沖器

14.10.7 第7步：建立上下文切換程序

14.11 MMUSLOS示例

14.12 總結

第15章 ARM體系結構的發展

15.1 ARMv6對高級DSP和SIMD的支持

15.1.1 SIMD算法操作

15.1.2 打包指令

15.1.3 復數運算支持

15.1.4 飽和指令

15.1.5 絕對差值求和指令

15.1.6 雙16位乘法指令

15.1.7 高位字乘法

15.1.8 密碼算法乘法擴展

15.2 ARMv6增加的系統和多處理器支持

15.2.1 混合大小端支持

15.2.2 異常處理

15.2.3 多處理同步原語（Multipro?cessing Synchronization Primitives）

15.3 ARMv6的實現

15.4 ARMv6之后的未來技術

15.4.1 TrustZone

15.4.2 Thumb-2

15.5 總結

附錄A ARM和Thumb匯編指令

A.1 如何使用這篇附錄

A.2 語法

A.2.1 可選表達式

A.2.2 寄存器

A.2.3 立即數

A.2.4 條件和標志

A.2.5 移位操作

A.3 按字母順序列出ARM和Thumb指令

A.4 ARM匯編速查

A.4.1 ARM匯編變量

A.4.2 ARM匯編標注

A.4.3 ARM匯編表達式

A.4.4 ARM匯編保留字

A.5 GNU匯編快速查詢

附錄 BARM和Thumb指令編碼

B.1 ARM指令集編碼

B.2 Thumb指令集編碼

B.3 程序狀態寄存器

附錄C 處理器與體系結構

C.1 ARM命名規則

C.2 內核與體系結構

附錄D 指令周期定時

D.1指令周期定時表的使用

D.2 ARM7TDMI指令周期定時

D.3 ARM9TDMI指令周期定時

D.4 StrongARM1 指令周期定時

D.5 ARM9E指令周期定時

D.6 ARM10E指令周期定時

D.7 Intel XScale指令周期定時

D.8 ARM11指令周期定時

附錄E 建議的參考讀物

E.1 ARM參考

E.2 算法參考

E.3 存儲器管理與cache體系結構（硬件綜述與參考）

E.4 操作系統參考