ARC EM处理器嵌入式系统开发与编程
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作者雷鑑铭
出版社机械工业出版社
ISBN9787111517788
出版时间2015-11
装帧平装
开本16开
定价45元
货号1684802153065600000
上书时间2024-11-23
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前言
嵌入式系统（Embedded System）是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电气工程师协会（U. K. Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器，或用于工厂运作的设备。而国内普遍认同的嵌入式系统的定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。
本书以实际的嵌入式系统产品应用与开发为主线，力求透彻讲解开发中所涉及的庞大而复杂的相关知识。
本书第1～5章为基础篇，介绍了ARC 嵌入式系统的基础知识和开发过程中需要的一些理论知识，具体包括ARC嵌入式系统概述、ARC EM处理器介绍、ARC EM编程模型、中断及异常处理、汇编语言程序设计等内容。第6～9章为实践篇，介绍了如何建立嵌入式开发环境、搭建嵌入式硬件开发平台等，具体包括ARC EM处理器的开发及调试环境、MQX实时操作系统、ARC EM Starter Kit FPGA开发板以及嵌入式系统应用开发实例等内容。第10～11章介绍了ARC EM处理器特有的可配置及可扩展APEX属性，以及如何在处理器设计中利用这种可配置及可扩展性实现优化设计。
本书不仅详细讲解基础理论知识，还提供了大量的开发案例供读者参考，学习性和实用性强，既可供从事嵌入式系统设计、开发的广大科技人员阅读，也可以作为大专院校电子科学与技术、集成电路与集成系统、微电子科学与工程、物联网工程、电子信息、自动控制专业及其他相关专业的教材或参考书。
本书是华中科技大学-Synopsys ARC处理器联合培训中心的力作，系统介绍应用Synopsys ARC处理器进行嵌入式系统开发与编程。为了使广大学生和研发工程师尽快掌握ARC EM处理器的使用，更好地推广Synopsys ARC 处理器技术与产品，在Synopsys全球总部、Synopsys武汉公司、Synopsys ARC研发团队、华中科技大学光学与电子信息学院微电子工程系、武汉微电子学院及机械工业出版社华章公司的支持下，我们编著了此书，目的是为广大读者提供一本较为完整、系统的ARC EM嵌入式系统开发与编程参考书。本书主要以ARC EM原版数据手册的内容为基础，增加了ARC EM处理器特有的可配置及可扩展APEX属性等内容。为了方便学习和实践，我们还开发了较为完整的配套实验案例，以及一个嵌入式系统应用实例—温度自动监测模块。
本书由华中科技大学武汉国际微电子学院及华中科技大学光学与电子信息学院雷鑑铭老师负责组织并完成全书的编著工作，华中科技大学郑朝霞副教授、邹雪城教授对本书进行了审校。参与本书编写和整理、软硬件设计和案例开发验证等工作的有Synopsys公司的吴丹、程松波、程文、涂申俊、饶金理、沈金阳、陈鹏、胡振波、彭剑英以及华中科技大学武汉微电子学院的彭自强、向灯、黄之、许晟、安志浩、顾云帆、高文、钟媛、高弘扬、郑贤、符章等。在本书完成过程中，还得到了Synopsys武汉公司王喆及机械工业出版社华章公司的大力支持，在此向他们表示衷心的感谢。特别感谢文华学院外国语学院英语系肖艳梅老师的审校工作。
由于时间仓促和水平有限，同时在成书过程中Synopsys公司的官方资料还在不断更新，所以本书有些内容不尽完善，错误之处也在所难免，恳请读者批评指正，以便我们及时修正。
作者简介
雷鑑铭，博士，副教授，硕士生导师，华中科技大学武汉国际微电子学院院长助理，光学与电子信息学院院长助理，微电子工程系主任。2004年参加工作，从事超大规模混合信号集成电路设计与工艺研究、嵌入式系统开发及相关专业教学工作。
作为项目负责人的项目有国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、航天科技创新基金、教育部大学生创新训练计划项目和国际企业合作项目10余项；作为项目团队的主要成员先后承担并参与了国家自然科学基金、国家“863”计划项目、湖北省科技攻关计划项目等20余项科学研究与开发项目；主持并参与省级、校级教改和教研项目4项。在国内外重要学术期刊和学术会议上发表论文30余篇，申请发明及实用新型专利20余项，编著出版普通高等教育教材4部（《ESD物理与器件》、《ESD设计与综合》、《微电子器件及IC设计基础》、《VLSI设计方法与项目实施》），在编中英文教材5部，获得教学类奖3项。
一直工作在教学的第一线。全程组织并负责学院拟增本科专业（集成电路设计与集成系统、微电子科学与工程）的调研、申报书的撰写及申报答辩。承担的教学工作包括本科生专业基础课程“数字集成电路基础”，专业必修课程“IC设计课程设计”，专业选修课程“MEMS系统及应用”，研究生专业课程“VLSI测试理论与技术”、“数字系统设计”，指导国家大学生创新实验项目10余项。2006年3月参加了由国家教育部组织、国家集成电路师资培训中心和中国国家人才交流基金会联合举办的“集成电路骨干教师培训班”，赴比利时鲁汶天主教大学及IMEC进修学习。
目录序
前言
第1章 ARC嵌入式系统概述1
1.1 嵌入式系统简介1
1.2 ARC处理器简介2
1.3 ARC EM处理器系列4
1.4 ARC EM处理器开发环境9
1.4.1 ARChitect9
1.4.2 MetaWare开发套件9
1.4.3 embARC软件平台10
1.4.4 操作系统支持10
1.4.5 ARC EM Starter Kit开发板10
1.5 小结11
第2章 ARC EM处理器介绍12
2.1 ARC EM处理器特点12
2.2 可配置性及可扩展性14
2.2.1 可配置性14
2.2.2 用户可扩展性15
2.3 ARC EM处理器结构16
2.3.1 接口信号16
2.3.2 内核结构18
2.3.3 存储系统20
2.3.4 存储保护机制24
2.3.5 调试25
2.4 小结27
第3章 ARC EM编程模型28
3.1 概述28
3.2 寻址空间划分30
3.3 数据类型30
3.3.1 32位数据31
3.3.2 16位数据31
3.3.3 8位数据32
3.3.4 1位数据32
3.4 寻址方式32
3.5 寄存器组32
3.5.1 核心寄存器组33
3.5.2 辅助寄存器组38
3.6 工作模式46
3.7 指令类型46
3.7.1 算术逻辑运算指令46
3.7.2 数据传输指令47
3.7.3 控制流指令47
3.7.4 特殊指令47
3.7.5 扩展指令集48
3.8 指令格式48
3.8.1 32位指令格式48
3.8.2 16位指令格式48
3.8.3 指令存储方式49
3.8.4 条件执行50
3.9 指令集应用实例51
3.9.1 数据传输指令52
3.9.2 算术运算指令52
3.9.3 比较指令54
3.9.4 逻辑运算指令54
3.9.5 跳转指令54
3.9.6 加载/存储指令55
3.9.7 其他指令56
3.10 小结57
第4章 中断及异常处理58
4.1 概述58
4.2 工作模式和权限58
4.3 中断60
4.3.1 中断单元特性61
4.3.2 配置中断单元61
4.3.3 中断单元编程62
4.3.4 中断处理66
4.4 异常69
4.4.1 异常精确性69
4.4.2 异常向量及异常原因寄存器70
4.4.3 异常类型与优先级72
4.4.4 异常检测74
4.4.5 异常进入75
4.4.6 异常退出75
4.4.7 异常与延迟槽指令75
4.5 中断或异常服务程序返回指令RTIE75
4.6 小结77
第5章 汇编语言程序设计78
5.1 ARC汇编语言78
5.2 ARC汇编语言伪指令78
5.2.1 汇编语言伪指令简介78
5.2.2 汇编语言伪指令79
5.3 ARC汇编语言语句格式82
5.3.1 汇编语言格式与例子82
5.3.2 汇编语言的字符集与标识符85
5.3.3 汇编语言符号86
5.3.4 汇编语言标号88
5.3.5 汇编语言的常量90
5.3.6 表达式91
5.3.7 宏92
5.4 ARC汇编语言程序设计93
5.4.1 汇编语言编程步骤93
5.4.2 程序设计类型94
5.5 ARC汇编语言程序实例97
5.6 ARC汇编语言与C/C++的混合编程98
5.6.1 ARC C/C++ 调用汇编程序98
5.6.2 ARC汇编调用C/C++101
5.6.3 ARC C/C++和汇编交叉调用实例101
5.7 小结103
第6章 ARC EM处理器的开发及调试环境104
6.1 MetaWare开发套件104
6.1.1 MetaWare mcc编译器和ccac编译器105
6.1.2 MetaWare ELF汇编器106
6.1.3 MetaWare ELF链接器106
6.1.4 MetaWare 运行时库107
6.1.5 MetaWare调试器110
6.1.6 MetaWare仿真器110
6.1.7 MetaWare IDE111
6.2 MetaWare IDE开发指南112
6.2.1 创建与管理工程112
6.2.2 配置工程116
6.2.3 编译工程118
6.2.4 调试工程118
6.3 使用MetaWare调试器进行性能分析122
6.4 MetaWare命令行模式126
6.4.1 MetaWare C/C++编译命令126
6.4.2 MetaWare调试器调试命令127
6.5 ARC GNU介绍128
6.6 小结128
第7章MQX实时操作系统129
7.1 实时操作系统介绍129
7.2MQX内核组件130
7.3MQX任务管理132
7.3.1任务调度133
7.3.2任务同步与通信135
7.4 MQX存储管理139
7.4.1 可变大小存储块管理139
7.4.2 固定大小存储块管理140
7.4.3 高速缓存控制142
7.5 中断处理142
7.5.1 中断处理初始化143
7.5.2 装载应用程序定义的ISR143
7.5.3 针对ISR的限制144
7.5.4 修改默认ISR146
7.5.5 异常处理146
7.5.6 ISR异常处理146
7.5.7 任务异常处理147
7.5.8 ISR装载实例147
7.6 MQX配置148
7.6.1 配置选项149
7.6.2 MQX创建任务实例150
7.7 小结153
第8章ARC EM Starter Kit FPGA开发板154
8.1 概述154
8.2 ARC EM FPGA系统设计155
8.2.1 FPGA系统概述155
8.2.2 EM内核配置156
8.2.3 外围设备控制160
8.2.4 FPGA系统时钟164
8.2.5 FPGA系统中断分配164
8.3 开发板的使用165
8.3.1 开发板上接口介绍165
8.3.2 Pmod的使用166
8.3.3 操作模式173
8.3.4软件包介绍175
8.4 实例178
8.5 小结181
第9章开发实例：温度监测与显示182
9.1 系统简介182
9.2 系统硬件设计183
9.2.1 EM 内核设置183
9.2.2 Pmod外设介绍184
9.2.3 Pmod与开发板的硬件连接185
9.3 系统软件实现186
9.3.1 软件设计186
9.3.2 代码实现187
9.3.3 系统代码详解191
9.4 调试与运行194
9.4.1 选择FPGA映像194
9.4.2 编译和运行代码195
9.4.3 运行结果195
9.5 小结197
第10章ARC EM 可配置性198
10.1 可配置性优点198
10.2 基准模板199
10.3 配置模块201
10.3.1 添加/删除模块201
10.3.2 配置模块属性203
10.3.3 与固定配置处理器比较203
10.4 可选模块205
10.4.1 可选模块简介205
10.4.2 Cache实例206
10.5 软硬件一致性208
10.5.1 什么是软硬件一致性208
10.5.2 乘法器使用实例209
10.6 小结211
第11章APEX扩展212
11.1 APEX 综述212
11.2 为何添加APEX扩展214
11.3 识别定制指令214
11.4 创建APEX扩展216
11.4.1APEX扩展命名216
11.4.2 配置扩展内容217
11.4.3 编辑选项219
11.4.4 编写逻辑222
11.4.5 编写测试代码224
11.5 验证APEX扩展226
11.6 使用APEX扩展228
11.7 小结230
附录A常用辅助寄存器快速参考231
附录BARC指令速查表258
附录C术语及缩略语262
参考文献264
内容摘要
《ARC EM处理器嵌入式系统开发与编程》基于Synopsys ARC EM处理器，以实际的嵌入式系统产品应用与开发为主线，透彻讲解开发中所涉及的庞大而复杂的相关知识。
本书第1~5章为基础篇，介绍了ARC 嵌入式系统的基础知识和开发过程中需要的一些理论知识，具体包括ARC 嵌入式系统概述、ARC EM 处理器介绍、ARC EM 编程模型、中断及异常处理、汇编语言程序设计等内容。第6~9章为实践篇，介绍了如何建立嵌入式开发环境、搭建嵌入式硬件开发平台等，具体包括ARC EM 处理器的开发及调试环境、MQX 实时操作系统、ARC EM Starter Kit FPGA 开发板及嵌入式系统应用开发实例等内容。第10~11章介绍了ARC EM 处理器特有的可配置及可扩展APEX 属性，以及如何在处理器设计中利用这种属性实现优化设计。
本书不仅详细讲解基础理论知识，还提供了大量的开发案例供读者参考，可读性和实用性强，既可供从事嵌入式系统设计与开发的广大科技人员阅读，也可以作为大专院校电子科学与技术、集成电路与集成系统、微电子科学与工程、物联网工程、电子信息、自动控制及其他相关专业的教材或参考书。
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