第1章嵌入式繫統發展緒論1
1.1嵌入式繫統簡介1
1.1.1嵌入式繫統發展歷史2
1.1.2嵌入式繫統概念及特點4
1.1.3嵌入式繫統分類及應用5
1.2嵌入式繫統硬件組成7
1.2.1嵌入式微處理器/微控制器7
1.2.2嵌入式DSP/FPGA10
1.2.3嵌入式SoC/SoPC10
1.2.4嵌入式繫統接口及外設12
1.3嵌入式繫統軟件組成14
1.3.1嵌入式繫統的軟件分層體繫14
1.3.2嵌入式操作繫統綜述15
1.3.3嵌入式繫統軟件集成開發環境19
1.4嵌入式繫統發展趨勢21
1.5課後習題23
第2章ARM技術概述25
2.1ARM體繫結構25
2.1.1ARM體繫結構的發展25
2.1.2ARM體繫結構的特點28
2.1.3ARM流水線30
2.1.4ARM核簡述36
2.2ARM CortexA5543
2.2.1CortexA55內核及其特征43
2.2.2CortexA55內核結構43
2.2.3CortexA55內存46
2.2.4CortexA55中斷控制器CPU接口47
2.3課後習題48
第3章ARMv8架構基礎知識49
3.1ARMv8架構49
◆嵌入式繫統開發與應用目錄3.1.1ARMv8架構介紹49
3.1.2ARMv8基礎概念50
3.1.3ARMv8處理器的運行狀態51
3.1.4ARMv8架構支持的數據寬度51
3.2ARMv8寄存器52
3.2.1通用寄存器52
3.2.2處理器狀態寄存器53
3.2.3特殊寄存器54
3.2.4繫統寄存器57
3.3A64指令集58
3.3.1加載與存儲指令59
3.3.2算術與移位指令65
3.3.3比較與跳轉指令74
3.3.4其他重要指令76
3.4ARM64異常處理78
3.4.1異常類型78
3.4.2同步異常和異步異常79
3.4.3異常的發生和退出80
3.4.4異常向量表80
3.5ARM64內存管理81
3.5.1頁表81
3.5.2頁表映射84
3.5.3頁表粒度86
3.5.4兩套頁表87
3.5.5兩套描述符87
3.5.6頁表屬性91
3.5.7連續塊表項94
3.6課後習題94
第4章Linux嵌入式操作繫統96
4.1Linux繫統發展96
4.1.1Linux的起源96
4.1.2Linux的特點97
4.1.3Linux的發展歷史97
4.1.4Linux的發行版本98
4.1.5Linux的應用領域100
4.1.6Linux虛擬機安裝100
4.2Linux文件繫統102
4.2.1用戶與用戶組102
4.2.2文件和目錄的權限105
4.2.3文件繫統的目錄結構110
4.2.4常見的Linux文件繫統111
4.3Linux指令112
4.3.1文件管理112
4.3.2文檔編輯116
4.3.3文件傳輸118
4.3.4磁盤管理119
4.3.5網絡通信122
4.3.6繫統管理124
4.4Linux常用工具126
4.4.1Vi和Vim126
4.4.2shell129
4.4.3SSH146
4.4.4FTP148
4.4.5git項目管理工具151
4.5課後習題159
第5章基於ARM的嵌入式軟件開發160
5.1嵌入式C語言程序設計基礎160
5.1.1Hello World160
5.1.2GCC與交叉編譯器161
5.1.3Makefile163
5.1.4CMake166
5.2嵌入式C語言程序設計技巧168
5.2.1C編譯器及其優化方法169
5.2.2C語言面向對像編程思想174
5.2.3C語言模塊化編程思想178
5.3C語言與彙編語言混合編程193
5.3.1ATPCS規則193
5.3.2在C程序中內嵌彙編代碼195
5.3.3在彙編程序中調用C程序196
5.4課後習題197
第6章通信接口及其昇騰實例198
6.1通用輸入/輸出接口198
6.1.1GPIO功能與特點198
6.1.2GPIO功能描述199
6.1.3GPIO使用說明199
6.1.4GPIO應用例程200
6.2I2C總線201
6.2.1I2C功能與特點202
6.2.2I2C特征與結構203
6.2.3I2C協議時序211
6.2.4昇騰I2C接口介紹213
6.2.5昇騰I2C應用例程213
6.3SPI總線216
6.3.1SPI功能與特點216
6.3.2SPI特征與結構222
6.3.3SPI協議時序230
6.3.4昇騰SPI接口介紹233
6.3.5昇騰SPI接口應用例程233
6.4UART總線235
6.4.1UART功能與特點236
6.4.2UART特征與結構238
6.4.3UART協議時序243
6.4.4昇騰UART接口介紹244
6.4.5昇騰UART應用例程244
6.5課後習題247
第7章昇騰AI應用與開發249
7.1昇騰AI處理器介紹249
7.1.1華為AI全棧解決方案介紹249
7.1.2昇騰AI處理器硬件架構251
7.1.3昇騰AI處理器軟件邏輯架構254
7.2基於昇騰的嵌入式繫統環境搭建257
7.2.1制作繫統鏡像257
7.2.2串口連接258
7.3AI應用例程設計259
7.3.1目標檢測例程259
7.3.2人體語義分割例程261
7.3.3基於骨骼行為識別例程262
7.3.4模型部署相關工具及流程264
7.4課後習題270
參考文獻271
附錄AAtlas 200 Dev Board方案框圖272
附錄BAtlas 200 Dev Board原理圖273
附錄CAtlas 200 Dev Board外設引腳286

嵌入式繫統是當下計算機領域的熱門技術之一，它具有體積小、功能專一的特點，廣泛應用於各類需要控制、計算、通信的產品，如手機、監控攝像頭、ATM、微波爐等。
嵌入式處理器經過50多年的飛速發展，從最早的單片機時代，到後來形成的以SoC(片上繫統)為主嵌入式處理器的時代，目前已發展為以高通和三星為代表的ARM架構繫列處理器時代，占據了70%以上的市場份額。ARM處理器最大的優點是低功耗、低成本和高性能，其提供的各種微處理器內核幾乎滿足了目前應用市場對性能、功耗和成本的所有需求，加上其提供的一繫列優化片上繫統的軟件工具，已經構成了龐大的ARM生態繫統。許多先進的嵌入式技術都與ARM技術有很好的融合。因此，基於ARM進行嵌入式應用教學無疑是最合適的。
本書基於昇騰Ascend 310 AI處理器詳細介紹ARM嵌入式應用開發技術。
全書共7章。
第1章從總體上介紹嵌入式繫統的發展情況，從嵌入式繫統的基本概念、硬件組成、軟件組成、發展趨勢四方面介紹嵌入式繫統開發的基礎知識。
第2章主要介紹ARM技術，對ARM目前的技術體繫進行詳細介紹，包括ARM處理器的發展、ARM處理器的特點、ARM流水線和ARM處理器核；重點闡述ARM CortexA55處理器的結構及其特點。
第3章闡述ARMv8架構的基礎知識，包括ARMv8的基本概念、ARMv8架構的寄存器組、ARMv8架構下支持的A64指令集、ARMv8架構下ARM64狀態的異常處理和ARMv8架構下ARM64狀態的內存管理。
第4章介紹Linux嵌入式操作繫統的知識及技術，包括Linux操作繫統目前的發展情況、Linux文件繫統的概念及其管理方法、Linux常見的指令操作以及Linux環境下嵌入式應用開發常用的工具。
第5章主要介紹基於ARM的嵌入式軟件開發技術，包括嵌入式C語言程序設計基礎、C語言程序設計技巧，以及C語言與彙編混合編程。
第6章主要介紹嵌入式開發中常見的通信接口技術，包括通用輸入/輸出接口、I2C、SPI和UART總線。特別地，本章詳細介紹上述通信接口在昇騰Atlas 200 Dev Board上的使用方法。
第7章主要介紹基於昇騰AI處理器的嵌入式AI應用開發，首先闡述昇騰AI處理器的技術架構，再詳細介紹基於昇騰AI處理器的嵌入式開發環境的搭建方法，最後向讀者展示基於昇騰Atlas 200 Dev Board進行的AI應用開發案例。
參與本書編寫工作的主要人員有陳朋、趙鼕鼕和宦若虹，最終方案的確定和本書的定稿由陳朋負責。
限於作者水平，書中難免存在不足和疏漏之處，懇請讀者提出寶貴的意見和建議，以便以後予以補充和修訂。陳朋2024年1月