嵌入式系统设计与应用——基于ARM Cortex-A8和Linux

随着微电子技术和计算机技术的发展，尤其近几年移动互联网的迅速崛起，嵌入式产品已经广泛应用于各个领域，从工业控制、航天航空、军事国防到人们的日常生活，处处都可以看到嵌入式产品的身影。可以说嵌入式产品正在不断地改变着人们的生活，使人们享受着高科技产品带来的方便和快捷。

技术的发展和生产力的提高离不开人才的培养。目前企业对于嵌入式人才的需求十分巨大，尤其在迅速发展的电子、通信、计算机等领域，这种需求更为显著。另外，企业对嵌入式系统开发的从业者的要求也越来越高，从专业知识、产品开发流程到实际工程实践能力，都缺一不可，因此目前全国很多高校都开设了嵌入式系统相关的课程。无线传感器、物联网、云计算等新兴技术的出现也为嵌入式系统技术的研究和应用注入了新的活力，这也对“嵌入式系统”课程教材的设计提出了更高的要求。

本书共分为六个项目。项目1从嵌入式系统的定义出发，介绍了嵌入式系统的组成、应用和嵌入式系统的设计方法；项目2介绍了嵌入式Linux开发环境的搭建、Linux常用命令的使用、Linux常用服务的配置以及交叉编译工具的安装；项目3介绍了shell编程和Makefile的基本知识；项目4介绍了基于S5PV210处理器和Mini210实验平台的硬件系统设计；项目5简单介绍了U-Boot的移植、Linux内核的移植、YAFFS2文件系统的制作；项目6通过六个小实例介绍了Linux平台下Qt的使用。本书基于ARM Cortex A8架构来讲解嵌入式系统开发相关知识，内容涵盖了嵌入式开发的基本流程，每个实例均配有软硬件设计，并带有详细注释及说明，与企业实际需求紧密结合，可使读者快速上手。

本书由扬州工业职业技术学院唐明军、徐秋主编，扬州工业职业技术学院沈全、江苏旅游职业学院严敏、扬州瑞控汽车电子有限公司陈军担任副主编，扬州工业职业技术学院单丹及合作企业技术人员参与编写。编写过程中，唐明军负责项目1的编写和全书的统稿工作，徐秋负责项目2和项目3的编写工作，沈全负责项目4的编写工作，严敏负责项目5的编写工作，陈军负责项目6的编写工作，单丹负责本书习题的编写和全书的审校工作。同时本书的编写也得到了扬州瑞控汽车电子有限公司的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢。

由于编者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正并提出宝贵意见。

编  者

2021年7月

本书选择当前嵌入式系统领域里具有代表性的ARM Cortex-A8处理器和嵌入式Linux操作系统作为分析对象，从嵌入式系统的特点和应用出发，包括走进嵌入式系统、搭建嵌入式开发环境、学习使用Linux常用编程工具、S5PV210微处理器与接口技术、系统移植、嵌入式应用开发与移植6个项目，内容涵盖了完整的嵌入式产品开发过程。本书按照任务划分学习内容，图文并茂，操作过程翔实，力争做到既有针对性，又能够使读者通过完成相应的任务很快掌握相应的知识。

本书可作为高职高专院校物联网应用技术、人工智能技术应用、电子信息工程技术等专业的学生用书，也可作为专业设计人员的技术参考用书。

本书选择当前嵌入式系统领域里具有代表性的ARM Cortex-A8处理器和嵌入式Linux操作系统作为分析对象，从嵌入式系统的特点和应用出发，包括走进嵌入式系统、搭建嵌入式开发环境、学习使用Linux常用编程工具、S5PV210微处理器与接口技术、系统移植、嵌入式应用开发与移植6个项目，内容涵盖了完整的嵌入式产品开发过程。本书按照任务划分学习内容，图文并茂，操作过程翔实，力争做到既有针对性，又能够使读者通过完成相应的任务很快掌握相应的知识。

本书可作为高职高专院校物联网应用技术、人工智能技术应用、电子信息工程技术等专业的学生用书，也可作为专业设计人员的技术参考用书。

项目1  走进嵌入式系统 1

任务1.1　认识嵌入式系统 2

1.1.1  嵌入式系统定义 2

1.1.2  嵌入式系统的特点 3

1.1.3  嵌入式系统的组成 3

1.1.4  嵌入式系统的应用 4

任务1.2  认识典型的嵌入式处理器 8

1.2.1  嵌入式微处理器简介 8

1.2.2  主流的嵌入式处理器 10

任务1.3　认识典型的嵌入式操作系统 13

1.3.1  嵌入式操作系统简介 13

1.3.2  主流的嵌入式操作系统 14

任务1.4　熟悉嵌入式系统设计方法 16

1.4.1  嵌入式系统开发流程 16

1.4.2  嵌入式应用软件开发 18

知识梳理 21

知识巩固 21

项目2  搭建嵌入式开发环境 23

任务2.1　安装Linux操作系统 24

2.1.1  VMware的安装 24

2.1.2  Ubuntu的安装与启动 26

2.1.3  安装VMwareTools 34

任务2.2　了解Linux文件系统 37

2.2.1  Linux文件系统 37

2.2.2  Linux文件及属性 38

2.2.3  Linux系统目录结构 39

任务2.3　学习Linux常用命令的使用 40

2.3.1  用户管理命令 40

2.3.2  文件和目录操作命令 42

2.3.3  文件内容及权限管理命令 47

2.3.4  压缩打包命令 51

2.3.5  磁盘管理命令 53

2.3.6  网络配置命令 55

任务2.4  配置嵌入式常用开发服务 56

2.4.1  配置NFS服务 56

2.4.2  配置Samba服务 58

2.4.3  配置SSH服务 61

任务2.5  安装交叉工具编译链 63

2.5.1  了解交叉编译环境 63

2.5.2  交叉编译器的安装 64

知识梳理 65

知识巩固 66

项目3  学习使用Linux常用编程工具 68

任务3.1　Vim编辑工具的使用 69

3.1.1  Vim的工作模式 69

3.1.2  Vim的简易使用 69

3.1.3  Vim命令及运用 71

任务3.2  GCC编译器的使用 76

3.2.1  GCC编译流程 76

3.2.2  GCC编译选项 78

3.2.3  GCC编译实例 79

任务3.3  Make工程管理器的使用 81

3.3.1  Makefile基本结构 81

3.3.2  Makefile变量 83

3.3.3  Makefile规则 86

3.3.4  使用autotools 87

知识梳理 90

知识巩固 91

项目4  S5PV210微处理器与接口技术 94

任务4.1  认识S5PV210处理器 95

4.1.1  S5PV210处理器简介 95

4.1.2  S5PV210存储系统 99

4.1.3  S5PV210启动流程 100

4.1.4  S5PV210的时钟系统 102

4.1.5  Mini210S开发板介绍 102

任务4.2  GPIO的应用 104

4.2.1  GPIO概述 104

4.2.2  GPIO寄存器 105

4.2.3  GPIO应用实例 107

任务4.3  串口的应用 110

4.3.1  UART通信简介 110

4.3.2  S5PV210的异步串行通信接口 111

4.3.3  S5PV210的UART寄存器 112

4.3.4  3S5PV210串行通信实例 117

任务4.4  中断的应用 120

4.4.1  S5PV210中断体系简介 120

4.4.2  S5PV210中断控制寄存器 121

4.4.3  S5PV210中断控制实例 126

任务4.5  PWM定时器的应用 129

4.5.1  S5PV210 PWM定时器概述 129

4.5.2  PWM寄存器 130

4.5.3  PWM定时器实例 133

知识梳理 135

知识巩固 136

项目5  系统移植 137

任务5.1  移植U-Boot 138

5.1.1  认识BootLoader 138

5.1.2  U-Boot分析 140

5.1.3  移植U-Boot 141

任务5.2　移植Linux内核 142

5.2.1  认识Linux内核 142

5.2.2  移植Linux内核 145

任务5.3　制作Linux根文件系统 146

5.3.1  认识Linux根文件系统 146

5.3.2  制作YAFFS2文件系统 147

知识梳理 149

知识巩固 149

项目6  嵌入式应用开发与移植 150

任务6.1  了解Qt开发步骤 151

6.1.1  认识Qt Creator开发环境 151

6.1.2  编写个程序 152

任务6.2  用户登录程序设计 159

6.2.1  登录程序功能描述 159

6.2.2  用户登录程序设计 159

任务6.3  简易电子相册的设计 165

6.3.1  电子相册功能描述 165

6.3.2  电子相册程序设计 165

任务6.4  LED流水灯 172

6.4.1  功能描述 172

6.4.2  LED灯程序设计 172

任务6.5　按键监测 179

6.5.1  功能描述 179

6.5.2  按键监测程序设计 179

任务6.6  模拟量采集 184

6.6.1  功能描述 184

6.6.2  模拟量采集程序设计 184

知识梳理 186

知识巩固 186

参考文献 188

本书选择当前嵌入式系统领域里具有代表性的ARM Cortex-A8处理器和嵌入式Linux操作系统作为分析对象，从嵌入式系统的特点和应用出发，包括走进嵌入式系统、搭建嵌入式开发环境、学习使用Linux常用编程工具、S5PV210微处理器与接口技术、系统移植、嵌入式应用开发与移植6个项目，内容涵盖了完整的嵌入式产品开发过程。本书按照任务划分学习内容，图文并茂，操作过程翔实，力争做到既有针对性，又能够使读者通过完成相应的任务很快掌握相应的知识。

本书可作为高职高专院校物联网应用技术、人工智能技术应用、电子信息工程技术等专业的学生用书，也可作为专业设计人员的技术参考用书。