徹底研究 ARM Cortex A9 嵌入式係統設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• ARM Cortex-A9
• 嵌入式係統
• 硬件設計
• 軟件開發
• Linux
• 實時操作係統
• 驅動程序
• 性能優化
• 係統集成
• 嵌入式Linux

本書分為基礎篇與進階篇兩部分，基礎篇中介紹瞭Zynq器件、ZedBoard，並配有簡單入門實驗，同時針對軟體發展人員增設瞭FPGA硬體加速等內容。在進階篇中介紹瞭利用Zynq進行軟硬體協同設計，同時對處理器與可程式設計邏輯介麵等技術進行瞭詳細剖析。

　　本書提供瞭20個詳細的設計案例，涵蓋瞭硬體闆卡、FPGA邏輯、Linux驅動、Linux作業係統、上層應用、軟硬體協同設計等Zynq開發中可能遇到的各個方麵的知識，並在最後將前述獨立案例整閤為4個係統案例。本書重點突齣實戰，以案例為指導，配閤介紹相關參考文檔，協助讀者盡快掌握在Zynq上進行各項設計的方法。

　　本書可作為Zynq初學者、軟硬體協同設計開發人員的參考用書，亦可作為大專院校嵌入式係統設計、片上係統設計、可程式設計邏輯器件等相關專業的教師和學生的參考用書。

　　書附光碟內容：範例檔案

本書特點

　　本書循序漸進的由基礎知識到實戰案例，嚮讀者闡述瞭如何利用Zynq平颱進行嵌入式係統以及軟硬體協同設計的開發。
 
　　提供完整的工程文件和程式碼，讓您學習更有效率。

探索現代計算核心：深度解析基於RISC-V架構的嵌入式係統開發實踐 圖書名稱：探索現代計算核心：深度解析基於RISC-V架構的嵌入式係統開發實踐 圖書簡介 在當今快速迭代的電子與信息技術領域，對計算核心的理解與掌握已成為工程師和研究人員的核心競爭力。本書《探索現代計算核心：深度解析基於RISC-V架構的嵌入式係統開發實踐》並非聚焦於某一特定商業指令集（如ARM），而是將視角投嚮瞭代錶未來趨勢的、開放且高度可定製的RISC-V架構。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且具有前瞻性的嵌入式係統設計藍圖，特彆側重於如何利用RISC-V這一革命性的開源指令集架構，構建高性能、低功耗、高靈活性的現代嵌入式解決方案。 第一部分：RISC-V指令集架構的基石與生態 本部分將奠定讀者對RISC-V（精簡指令集計算機——第五版）的係統認知。我們將從指令集設計的哲學理念齣發，詳細剖析其模塊化、可擴展和開源的本質。 第一章：RISC-V架構的起源、設計哲學與標準化進程 本章將追溯RISC-V的誕生背景，對比其與傳統復雜指令集計算機（CISC）及其他精簡指令集（如MIPS、早期ARMv7/v8）的設計差異。重點分析RV32I（32位基礎整數指令集）和RV64I（64位基礎整數指令集）的構成，以及“I”、“M”、“A”、“F”、“D”、“C”等標準擴展模塊（如乘法、原子操作、浮點運算、壓縮指令）的組閤機製。我們將深入探討RISC-V的特權模式（User, Supervisor, Machine Mode）及其在操作係統和裸機環境下的重要性。同時，會概述RISC-V國際基金會（RISC-V International）的治理結構和關鍵的技術規範（Specifications）的演進路綫圖，為讀者理解其生態的穩定性提供基礎。 第二章：RISC-V工具鏈與軟件生態的構建 成功的嵌入式開發離不開成熟的工具鏈支持。本章將詳細介紹基於GCC/LLVM的RISC-V交叉編譯環境的搭建過程，包括Binutils、GDB調試器以及Newlib/glibc庫的適配性。我們將講解如何配置特定的目標架構（Target Triple）以確保編譯的正確性。此外，對關鍵的軟件生態組件也將進行介紹，如基於RISC-V的引導加載程序（Bootloaders，如U-Boot的適配）和實時操作係統（RTOS，如FreeRTOS、Zephyr）對RISC-V特性的支持情況。讀者將學習如何使用這些工具進行代碼編譯、鏈接腳本的優化以及初步的固件燒錄流程。 第二部分：硬件平颱設計與定製化實現 RISC-V最大的優勢在於其可定製性。本部分將引導讀者從硬件描述語言（HDL）層麵理解和實現定製化的RISC-V核心，並探討如何將其集成到實際的片上係統（SoC）中。 第三章：從RTL到FPGA：基於Chisel/Verilog的核選擇與驗證 本章將不再局限於使用現成的SoC，而是深入到CPU核心的底層設計。我們將選取一至兩個主流的開源RISC-V處理器核（如PicoRV32, VexRiscv, 或Rocket Chip/BOOM的簡化模型）進行對比分析。重點會放在理解處理器流水綫（Pipeline）、緩存結構（Cache Hierarchy，如果適用）和中斷控製器（PLIC/CLIC）的設計。讀者將學習如何使用Chisel（一種Scala基礎的硬件生成語言）或標準Verilog來觀察和修改核心的指令解碼和執行單元，從而理解指令集是如何被硬件映射的。隨後，我們將介紹如何將這些核心部署到主流的FPGA平颱（如Xilinx或Intel/Altera）上，進行功能驗證和性能評估。 第四章：片上係統（SoC）集成與總綫架構 一個完整的嵌入式係統需要處理器核心與各類外設的互聯。本章聚焦於總綫架構的選擇與實踐。我們將詳細分析RISC-V生態中主流的片上互聯標準，特彆是AXI（Advanced eXtensible Interface）和TileLink協議（用於更復雜的片上網絡）。讀者將學習如何設計一個基礎的SoC架構，包括集成內存控製器（DDR或SRAM）、通用異步收發傳輸器（UART）、定時器（CLINT/HPMs）以及通用的GPIO模塊。本章將使用SystemVerilog/Verilog來描述這些組件，並演示如何使用IP-XACT或類似的描述方式來管理這些模塊的互聯和寄存器映射。 第五章：性能優化、功耗管理與硬件加速器的融閤 RISC-V的擴展性允許在指令集層麵引入定製指令以加速特定任務。本章將探討如何進行係統級的性能調優。首先，分析流水綫衝突、分支預測對實際執行時間的影響，並講解如何使用性能計數器（Performance Monitoring Units, PMU）進行瓶頸分析。其次，深入功耗敏感型設計，討論如何利用RISC-V的特權模式實現動態電壓和頻率調節（DVFS）的基礎邏輯，以及如何管理空閑狀態下的時鍾門控。最後，本章將詳細講解定製指令集擴展（Custom Extensions）的引入流程，演示如何設計一個簡單的硬件加速器（如一個自定義的加密或信號處理單元），並通過編碼實現對該擴展指令的調用，從而在應用層麵獲得顯著加速。 第三部分：底層軟件與驅動程序開發 在硬件平颱搭建完成後，本書轉嚮瞭係統啓動和驅動開發的實際操作，確保讀者能夠成功運行復雜的嵌入式軟件。 第六章：引導加載、內存映射與裸機編程 本章從係統復位嚮量開始，係統性地講解嵌入式啓動流程。我們將分析Machine Mode下的初始化序列，包括如何設置堆棧、初始化內存控製器，並跳轉到第一個C代碼入口點。重點講解RISC-V的內存管理單元（MMU，適用於操作係統或更復雜的應用）和物理內存保護單元（PMP，適用於安全和隔離）。讀者將學習如何編寫針對特定硬件平颱（如基於FPGA的開發闆）的PMP配置代碼，並實踐裸機環境下對GPIO和定時器的直接寄存器級編程。 第七章：中斷處理、異常嚮量與實時調度 對於任何嵌入式係統，可靠的中斷響應至關重要。本章將深入解析RISC-V的外部中斷控製器（PLIC）和內部時鍾/定時器中斷（CLINT）的工作原理。我們將詳細闡述中斷服務程序（ISR）的編寫規範，確保上下文的正確保存與恢復，避免競爭條件。此外，本章還將介紹RISC-V下的陷阱（Traps）和異常（Exceptions）機製，這是實現操作係統內核或安全沙箱的基礎。最後，將通過一個使用FreeRTOS或Zephyr的示例，展示在RISC-V多核或單核環境下的任務調度和同步機製。 第八章：驅動程序設計與外設接口的抽象 現代嵌入式係統需要與各種復雜的外部設備（如SPI、I2C、PCIe等）通信。本章側重於驅動程序的設計模式。我們將對比在裸機環境和操作係統環境下的驅動程序結構差異。重點案例分析包括SPI驅動的實現，涉及如何正確地管理片選信號、數據傳輸的同步與異步操作。對於更高級的接口，如PCIe或USB控製器（如果SoC包含），將討論如何通過MMIO/PIO訪問寄存器，並實現DMA（直接內存訪問）機製，以卸載CPU的I/O負擔。驅動代碼將遵循清晰的分層結構，體現良好的可移植性和可維護性。 結語：麵嚮未來的嵌入式係統架構 本書旨在為讀者提供超越特定産品周期的核心技能——利用RISC-V的開放性進行深度定製和創新。掌握這些知識，讀者將能夠自信地應對未來異構計算、領域專用架構（DSA）以及安全隔離計算環境的挑戰。 目標讀者： 具有C/C++編程基礎，熟悉數字邏輯設計，並希望深入理解下一代嵌入式處理器核心架構的電子工程師、計算機體係結構研究人員、高級嵌入式軟件開發者和SoC設計師。

第1章　初試ZedBoard
第2章　Zynq平颱介紹
第3章　ZedBoard開發環境
第4章　開發工具鏈
第5章　Zynq係統結構
第6章　係統級信號
第7章　Zynq啓動與設定
第8章　針對軟體工程師的邏輯設計
第9章　ZedBoard入門
第10章　以虛擬平颱為基礎的Zynq開發
第11章　PL和PS的介麵技術詳解
第12章　以Zynq為基礎的軟硬體協作設計
第13章　Zynq開發實戰
第14章　係統級設計案例
第15章　如何取得資料和幫助
附錄A　Xilinx開發套件版本14.1到14.3的主要升級變化
 

前言

平颱及寫作背景

　　作為全球最大的可程式化邏輯平颱的供應商，Xilinx 已將可程式化邏輯技術帶領到瞭All Programmable（全可程式化）的時代，其産品不僅有最新的28nm的7 係列（分為Artix7,Kintex7,Virtex7）FPGA 晶片，更有透過SSI（堆疊晶圓互連）技術實現的最大容量FPGA Virtex7-2000T，同時在FPGA 晶片內整閤瞭高速AD 以及最高可達28.05Gb/s 的高速串列通訊埠等可程式化邏輯外的模組。對於應用者而言，除瞭以上製程的創新外，更具有劃時代意義的是Xilinx 推齣的Zynq-7000 AP SoC 晶片，其不僅解決瞭晶片製程實現上的睏難，更解決瞭片內高性能處理器與高性能可程式化邏輯資料互動協定的睏難。

　　Zynq-7000 是首款將高性能ARM Cortex A9 硬體核心與可程式化邏輯緊密整閤到一起的元件。在Zynq 平颱中，我們首先可以把可程式化邏輯看成是處理器外接裝置中一個具有可重設定特點的「外接裝置」，例如當序列埠或乙太網介麵不夠時、需要視頻界麵時，都可以用可程式化邏輯擴充；其次我們也可將其看成一個與處理器對等的主裝置，其可主動完成與外部晶片的資料互動，例如主動進行視訊、網路資料前置處理。透過這樣的結閤，既發揮瞭處理器在處理復雜控製演算法、執行作業係統等方麵的優勢，又利用FPGA 在平行算法加速、可動態重設定的特點，實現瞭係統加速，增加瞭靈活性；同時以片內結閤為基礎的方案，減少瞭闆麵積，降低瞭耗電，也加快瞭硬體開發速度。結閤Zynq 推齣，Xilinx 不僅在先期將所有IP 核心介麵切換到基於ARM AMBA4.0（AXI4）的標準，實現瞭邏輯IP 與Zynq 無縫移轉，同時還推齣瞭C2HDL 的高層綜閤工具AutoESL（目前已整閤到最新的開發套件Vivado 中），這加快瞭已有演算法的硬體化過程，同時也使得軟體工程師可以在Zynq 上獨立完成軟硬體協作設計。

　　針對這些新的技術和概念，讀者不妨帶著這樣一些疑問閱讀本書：現在有什麼開發闆可以直接用？ ARM+FPGA 這樣的結構與闆載ARM 處理器與FPGA 晶片的結閤到底有哪些區彆？ ARM 與FPGA 在一個晶片內到底是如何緊密配閤的？互相之間資料互動的介麵和方式是怎樣的？通電之後ARM 和FPGA 是如何設定的？利用AutoESL 工具到底如何跟Zynq 結閤？ Linux 作業係統與FPGA 又是如何結閤的？這裏的驅動如何寫？在本書中，將陸續對這些問題進行解答。

　　從Zynq 平颱提齣伊始，全球各地的客戶對這一平颱都産生瞭濃厚的興趣，Xilinx 也於2011 年年末正式發佈瞭Zynq 的晶片，在2012 年年初就已經有瞭第一塊Zynq 開發闆ZC702。到瞭2012 年6 月份，專為社區使用者以及科學研究、教學使用者訂製的低價版本ZedBoard 闆也正式麵世。但是對一個全新的平颱來說，可參考的資源相對缺乏。我們從2012 年7 月份開始在ZedBoard 闆上進行設計時就已經明顯感受到專案進度因缺少參考資源而受到的影響。而到瞭美信的DIY大賽時，更聽到國內使用者對參考資料的迫切需求，尤其是對應的中文資料。

　　而2013 年1 月份採用ZedBoard 闆作為主要平颱的開放原始碼硬體與嵌入式大賽—OpenHW12 也即將展開。

　　在這樣的背景下，賽靈思大學計畫部門決定以最快的速度對我們在這幾個月中開發的、參與的、學習的案例進行整理，撰寫齣一本由淺入深、以案例為主的實戰類彆書籍，希望透過這本書能幫助大傢盡快瞭解、熟悉並掌握Zynq 的開發。

　　閱讀提示

　　本書分為基礎篇和進階篇兩部分。

　　基礎篇中主要介紹瞭ZedBoard 闆、Zynq 元件、開發工具鏈、Zynq 的係統結構及其啓動過程等基本的元件與電路闆情況，同時考慮瞭軟體工程師的知識結構。在第8 章中介紹瞭FPGA 的原理，以及硬體加速的原理，便於軟體工程師瞭解FPGA。在第9 章中透過基礎實驗帶領大傢淺嘗Zynq 的開發過程，並帶領大傢用ZedBoard 闆架設齣一個單闆電腦係統。

　　進階篇中，首先介紹瞭利用虛擬平颱QEMU 進行軟體開發的流程。在第11章中詳細分析瞭Zynq 中處理器與硬體邏輯的連接關係。第12 章主要介紹瞭在Zynq 上利用AutoESL 進行軟硬體協作設計的理念與過程。第13 章佔瞭全書四分之一的篇幅，介紹瞭使用Zynq 實現邏輯、驅動、作業係統、高畫質視訊顯示、OpenCV、網路攝影機等12 個應用案例，這是本書的精華之一。在第14 章，將13 章中提到的獨立案例再融閤成4 個係統案例，這4 個係統案例都會應用到前麵章節的知識，以此幫助大傢盡快掌握在Zynq 上進行係統級設計的方法。筆者在這些年支援客戶的過程中, 常常會發現客戶睏擾於不知如何尋找到Xilinx 相關工具、IP 的參考文件、參考設計。因此本書第15 章中主要介紹瞭如何取得資料和幫助，重點介紹瞭Xilinx 新推齣的DocNav 工具，希望能幫助初學者迅速找到Xilinx 資料。

　　在本書案例開發與寫作的過程中，Xilinx 的工具已升級到瞭更高的14.3 版本，但是本書的部分案例是以14.1 版本為基礎的。在切換工具版本的過程中，相關設計可能會略有差異，因此本書在附錄中介紹瞭14.3 與14.1 工具版本的變化，便於大傢快速移植設計。所以讀者在使用本書案例前，請務必閱讀一下本書的附錄部分。
 

评分☆☆☆☆☆

哇，這本書《徹底研究 ARM Cortex A9 嵌入式係統設計》真的是我近期讀到最紮實、最實用的一本瞭！作為一個在嵌入式領域打滾多年的工程師，我一直都在尋找一本能夠深入剖析 ARM Cortex-A9 核心的設計細節，並且能提供實務應用案例的書籍。市麵上很多書都流於錶麵，講講硬體架構就帶過瞭，不然就是隻講軟體開發，對底層的硬體邏輯和設計權衡都含糊帶過。但這本真的不一樣！它從最基礎的指令集架構開始，一層一層剝開，深入探討瞭 Cortex-A9 的管線設計、分支預測、快取機製，甚至還講到瞭功耗管理和除錯機製。書裡麵的圖解超級清楚，每一個概念都有對應的圖示，讓原本複雜的硬體原理變得易於理解。更讓我驚喜的是，書中還包含瞭許多實際的設計範例，從簡單的 LED 控製到較為複雜的週邊整閤，都提供瞭詳細的程式碼和硬體配置說明。這對我來說太有幫助瞭，可以直接拿來參考，甚至應用到我的專案中。而且，作者在解釋一些關鍵概念時，會很巧妙地連結到實際的硬體限製和設計上的取捨，這讓我在閱讀時，不僅理解瞭「是什麼」，更理解瞭「為什麼」。總之，這本書的深度和廣度都超乎我的預期，絕對是 ARM Cortex-A9 開發者必備的參考書。

评分☆☆☆☆☆

老實說，在拿到《徹底研究 ARM Cortex A9 嵌入式係統設計》之前，我對 ARM Cortex-A9 的瞭解，大概就是知道它是一個很強大的處理器，但具體內部是怎麼運作的，卻一知半解。這本書的齣現，簡直就像是給我打開瞭一扇新世界的大門！作者的敘述方式非常獨特，他能夠將複雜的硬體概念，用一種非常生動、甚至有點幽默的方式呈現齣來。我在閱讀時，常常會因為一個巧妙的比喻而會心一笑，同時也讓原本枯燥的技術內容變得有趣起來。書中對於處理器流水線、分支預測、記憶體管理單元 (MMU) 等核心組件的講解，都非常到位。他不僅解釋瞭這些組件的功能，還深入探討瞭它們之間的相互作用，以及如何影響係統的整體性能。我尤其欣賞書中關於效能瓶頸分析和優化方法的論述，作者提供瞭許多實用的診斷技巧和程式碼優化建議，這對我提升開發效率非常有幫助。而且，書中對於實體層麵的講解，像是時脈訊號的傳遞、電源管理策略等，也讓我有瞭一個更全麵的認識。這本書不僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師，引導我在 ARM Cortex-A9 的世界裡，不斷探索和成長。

评分☆☆☆☆☆

這本《徹底研究 ARM Cortex A9 嵌入式係統設計》真的是一本讓我驚豔的寶藏！作為一個對嵌入式係統設計充滿熱情，但又常常被繁瑣的技術細節搞得頭昏腦漲的學習者，我一直在尋找一本能夠係統性地梳理 ARM Cortex-A9 知識結構的書籍。這本書的內容編排非常閤理，從最基礎的架構介紹，逐步深入到更複雜的設計議題。作者的講解風格非常清晰，他善於運用類比和圖示，將抽象的原理具象化，讓我在閱讀的過程中，能夠非常順暢地理解每個概念。我特別喜歡書中關於硬體加速和低功耗設計的篇幅，這些都是在實際應用中非常關鍵的部分，而書中的論述既有理論深度，又不失實務指導意義。他詳細介紹瞭如何利用 Cortex-A9 的特性來實現高效能的影像處理、音訊解碼等任務，並且提供瞭相應的程式碼範例。此外，書中關於安全設計和韌體更新的討論，也讓我受益匪淺。這本書不僅讓我對 ARM Cortex-A9 有瞭更深入的理解，更重要的是，它啟發瞭我對嵌入式係統設計的更多思考，讓我意識到一個好的係統設計，需要兼顧效能、功耗、成本、安全等多方麵的考量。我強烈推薦給所有對 ARM Cortex-A9 感興趣的開發者和學習者！

评分☆☆☆☆☆

我必須說，《徹底研究 ARM Cortex A9 嵌入式係統設計》這本書，簡直就是為我量身打造的！我目前正在一個需要高度客製化 ARM Cortex-A9 平颱的新專案，對於如何從硬體層麵進行精細調校，一直感到很睏惑。市麵上能找到的資料，大多是針對通用的開發闆，或是停留在軟體應用的層麵。但這本書，它真的深入到瞭核心的設計原理。它詳細解釋瞭 Cortex-A9 的架構，包括其複雜的處理管線、多級快取係統、以及如何處理中斷和例外。我特別喜歡書中關於功耗優化和性能調校的章節，作者提供瞭許多具體的策略和實踐建議，讓我學會如何在有限的資源下，最大化係統的運行效率。書中的圖錶清晰明瞭，能夠幫助我快速掌握複雜的硬體概念。而且，作者還提供瞭許多關於周邊裝置整閤的範例，從記憶體控製器到各種 I/O 介麵，都進行瞭深入的探討。這對我來說，是解決實際問題的寶貴資源。我已經迫不及待地想將書中的知識應用到我的專案中，相信這本書一定能幫助我剋服目前麵臨的技術挑戰，並為專案的成功打下堅實的基礎。

评分☆☆☆☆☆

說實話，我一開始對《徹底研究 ARM Cortex A9 嵌入式係統設計》這本書抱持著有點懷疑的態度，畢竟「徹底研究」這四個字聽起來就很有壓力，而且我對 ARM 架構的瞭解也僅止於入門級。但是，當我翻開第一頁，我就被深深吸引住瞭。作者的寫作風格非常生動有趣，他並沒有使用太多艱澀難懂的專業術語，而是用一種循序漸進的方式，引導讀者一步一步地認識 Cortex-A9。書中有非常多讓我眼睛一亮的觀點，例如他在講解處理器性能優化時，不僅僅是列齣幾個常見的技巧，而是深入分析瞭這些技巧背後的原理，以及在不同場景下的適用性。他還特別強調瞭嵌入式係統設計中，效能、功耗和成本之間的平衡，這是一個非常實際且重要的議題，但卻常常被忽略。書中提到的許多案例，都非常貼近我們在實際開發中會遇到的問題，像是如何有效地利用快取來提升效能，如何進行精確的時序控製，以及如何設計高效率的驅動程式。讓我印象深刻的是，作者對於除錯方法的講解，不僅涵蓋瞭常見的軟體除錯工具，還深入探討瞭硬體除錯技術，這對於我來說是一次全新的學習體驗。這本書的內容實在太豐富瞭，感覺就像是把一位經驗豐富的老師傅請到傢裡，手把手地教你如何成為一個優秀的嵌入式係統設計師。