前 言

從發(fā)展趨勢來看，計(jì)算己經(jīng)進(jìn)入“后PC”或是“無處不在的計(jì)算”時代，計(jì)算將逐漸彌漫在社會生活的方方面面，以實(shí)現(xiàn)任何時間、任何地點(diǎn)提供任何服務(wù)的理想目標(biāo)。無處不在的計(jì)算將大量使用形式多樣的嵌入式系統(tǒng)。實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)早已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的熱點(diǎn)，信息世界與物理世界、信息化與工業(yè)化融合的趨勢推動了嵌入式系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，艦船、航空、航天等武器裝備，以及通信網(wǎng)絡(luò)、交通、能源、醫(yī)療、金融等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的智能化程度越來越高，軟件規(guī)模越來越大，并逐漸發(fā)展成為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。另外，目前也正處于設(shè)備智能化、互聯(lián)化發(fā)展的關(guān)鍵時期，智能家居、可穿戴設(shè)備、智能汽車、智能交通、移動醫(yī)療、智能電網(wǎng)、智能機(jī)器人、工廠自動化、工業(yè)控制、智能監(jiān)控，甚至智慧城市都處于蓬勃發(fā)展的局面。據(jù)IDC預(yù)測，到2020年將有2000億臺智能設(shè)備連接至互聯(lián)網(wǎng)。因此，嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用與研宄正面臨著歷史性的發(fā)展機(jī)遇。

嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格耍求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。同時，嵌入式系統(tǒng)也是先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，屬于技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)最早應(yīng)用于國防和工業(yè)控制等領(lǐng)域，隨后應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，包括了消費(fèi)電子、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、航空航天和武器裝備等眾多領(lǐng)域，是現(xiàn)代社會智能化發(fā)展的基礎(chǔ)內(nèi)容。

嵌入式技術(shù)的發(fā)展以及對未來工業(yè)革命將產(chǎn)生的巨大影響已經(jīng)引起世界各國的高度關(guān)注。歐洲目前在航空、汽車電子、工業(yè)、通信和消費(fèi)電子方面的嵌入式技術(shù)占有領(lǐng)導(dǎo)位置，為了繼續(xù)保持對美國和日本的競爭對手的領(lǐng)先優(yōu)勢，歐盟早在2004年就成立了ARTEMIS（Advanced Research and Development on Embedded Intelligent Systems）組織，在歐洲范圍內(nèi)整合資金和技術(shù)優(yōu)勢，把嵌入式技術(shù)上升到一個重要的戰(zhàn)略高度進(jìn)行發(fā)展。歐盟認(rèn)為，嵌入式技術(shù)是IT領(lǐng)域中發(fā)展最快的內(nèi)容，并將保持巨大的技術(shù)發(fā)展和商業(yè)應(yīng)用機(jī)會，掌握嵌入式技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)位置，將具有強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)和政治利益。

目前，中國正在由世界的制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變。業(yè)界普遍認(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)就是這樣一個符合中國國情的技術(shù)突破點(diǎn)。事實(shí)上，市場也急需專業(yè)化的嵌入式軟件人才。為適應(yīng)這種需求，國內(nèi)高校大多己開設(shè)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的各種課程。電子科技大學(xué)自1990年以來開始從事嵌入式軟件的研究、開發(fā)和教學(xué)工作，承擔(dān)并完成了國家863、國防預(yù)研、電子發(fā)展基金、核高基重大專項(xiàng)等多項(xiàng)嵌入式軟件系統(tǒng)方面的課題，開展了汽車電子、航空電子、艦船電子、智能手機(jī)等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，并培養(yǎng)了大量嵌入式系統(tǒng)方面的專業(yè)化人才。以此為基礎(chǔ)，我們開展了本教材的編寫工作。

教材以嵌入式系統(tǒng)的核心—嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)為重點(diǎn)，以應(yīng)用為目的，全面介紹嵌入式系統(tǒng)在硬件和軟件方面的相關(guān)內(nèi)容，使讀者既能對嵌入式系統(tǒng)及開發(fā)方法有一個全景的把握，又能深入理解和使用嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)。

教材的內(nèi)容

教材共分八章，包括嵌入式系統(tǒng)軟硬件基礎(chǔ)、嵌入式實(shí)時操作內(nèi)核和虛擬化技術(shù)等三方面的內(nèi)容。具體如下：

第1章 嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論。講述嵌入式系統(tǒng)方面的基本概念，介紹嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展歷程、嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)、嵌入式系統(tǒng)的分類和應(yīng)用領(lǐng)域、嵌入式實(shí)時系統(tǒng)的實(shí)時性和可靠性，以及嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢等方面的內(nèi)容。

第2章 嵌入式硬件系統(tǒng)。介紹嵌入式系統(tǒng)的硬件組成情況，包括嵌入式系統(tǒng)的處理器、總線和存儲器等方面的內(nèi)容。在處理器方面，重點(diǎn)圍繞ARM體系架構(gòu)進(jìn)行了闡述。

第3章 ARM匯編程序設(shè)計(jì)。介紹ARM處理器的指令集、匯編語言和程序設(shè)計(jì)。

第4章 嵌入式軟件系統(tǒng)。講述嵌入式軟件的特點(diǎn)和分類、嵌入式軟件的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)行流程，嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組成、功能、特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，嵌入式軟件開發(fā)工具的分類、交叉開發(fā)環(huán)境，嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)階段的開發(fā)過程及開發(fā)工具的發(fā)展趨勢。

第5章 任務(wù)管理與調(diào)度。講述什么是任務(wù)、任務(wù)的分類、主要特性及內(nèi)容，任務(wù)管理機(jī)制，嵌入式實(shí)時系統(tǒng)常見的幾種調(diào)度算法，優(yōu)先級反轉(zhuǎn)及解決方法，基于多核的任務(wù)調(diào)度，以及與任務(wù)有關(guān)的性能指標(biāo)。

第6章 同步、互斥與通信。講述任務(wù)間、任務(wù)與中斷處理程序間常見的同步、互斥與通信機(jī)制（信號量、郵箱、消息隊(duì)列、事件和異步信號），并對多核系統(tǒng)的同步、互斥與通信機(jī)制進(jìn)行了介紹。

第7章 中斷、時間、內(nèi)存與IO管理。講述中斷分類、中斷處理過程及中斷管理機(jī)制等，硬件時鐘設(shè)備（實(shí)吋時鐘RTC和定時器/計(jì)數(shù)器）及與操作系統(tǒng)的關(guān)系，時間管理機(jī)制，嵌入式實(shí)時系統(tǒng)對存儲管理的需求，存儲管理的具體方法，以及嵌入式系統(tǒng)I/O管理的特點(diǎn)及機(jī)制。

第8章 虛擬化技術(shù)。講述虛擬化技術(shù)分類和微內(nèi)核虛擬化技術(shù)，并對主要的虛擬化產(chǎn)品進(jìn)行了介紹。

其中，第1章～第4章由羅蕾編寫，第五章、第七章由李允編寫，第二章、第三章、第六章由陳麗蓉編寫，第八章由桂盛霖編寫。全書由羅蕾統(tǒng)稿。

由于編者水平有限，加之時間倉促，書中難免存在不妥與錯漏之處，敬請讀者批評指正。您可通過以下方式同我們聯(lián)系：lluo@uestc.edu.cn，lrchen@uestc.edu.cn，liyun@uestc.edu.cn。

本書為任課教師提供了配套的教學(xué)資源（包含電子教案），需要者可登錄華信教育資源網(wǎng)（http://www.hxedu.com.cn），注冊之后進(jìn)行下載。

讀者反饋可發(fā)郵件至unicode@pher.com.cn。

致謝

本書編寫過程中得到了電子工業(yè)出版社的大力支持，并得到了電子科技大學(xué)本科生、研究生課程建設(shè)等方面的支持，在此表示感謝。

感謝電子科技大學(xué)嵌入式軟件工程中心各位老師和研究生的支持。

作 者