![深度探索嵌入式操作系统：从零开始设计、架构和开发[按需印刷]](http://images.china-pub.com/ebook4875001-4880000/4879889/zcover.jpg)
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基本信息
编辑推荐
作者是计算机领域“鬼才”，独立编写出基于x86_64平台的系统内核和基于ARM平台的嵌入式系统内核，可运行于真实物理机
从硬件和软件两个维度系统、深度阐述嵌入式操作系统的构成、原理和实现方法，真正教读者从零开始设计、架构和开发一个完整的、可工作的嵌入式操作系统。
内容简介
书籍
计算机书籍
相信很多同行和笔者以前一样，阅读过很多操作系统理论方面的书籍，感觉它们所讲述的理论大同小异且比较容易理解，但是真要我们自己去动手开发和实现操作系统时，我们可能连操作系统的第一行代码该怎么写都不知道。为什久会这样?
因为操作系统是硬件平台上的第—层软件，若不了解硬件平台的细节，是不能实现操作系统的，所以本书一开始就选择了一款常用的硬件平台，并对其进行了详细描述，重点介绍了硬件平台上的实时时钟、定时器、串口、中断控制器、内存芯片、flash芯片、CPU、MMU等，然后介绍操作系统架构设计和开发环境与开发工具，尤其开发工具，详细了解开发工具会大大方便后面的开发工作并解决一些困惑，最后介绍了操作系统的初始化、HAL、内存管理、中断管理、设备管理、进程管理、文件系统、系统调用接口、应用程序库。对这些组件的介绍都是先明确这个组件要完成什久功能，达到什么要求。接着详述这个组件必须要关注的硬件的细节，然后把我们的想法和设计归纳成数据结构。最后编写完成这些功能的代码。
这些内容将奠定本书田晏作系统实践领域中里程碑式的地位。
计算机书籍
相信很多同行和笔者以前一样，阅读过很多操作系统理论方面的书籍，感觉它们所讲述的理论大同小异且比较容易理解，但是真要我们自己去动手开发和实现操作系统时，我们可能连操作系统的第一行代码该怎么写都不知道。为什久会这样?
因为操作系统是硬件平台上的第—层软件，若不了解硬件平台的细节，是不能实现操作系统的，所以本书一开始就选择了一款常用的硬件平台，并对其进行了详细描述，重点介绍了硬件平台上的实时时钟、定时器、串口、中断控制器、内存芯片、flash芯片、CPU、MMU等，然后介绍操作系统架构设计和开发环境与开发工具，尤其开发工具，详细了解开发工具会大大方便后面的开发工作并解决一些困惑，最后介绍了操作系统的初始化、HAL、内存管理、中断管理、设备管理、进程管理、文件系统、系统调用接口、应用程序库。对这些组件的介绍都是先明确这个组件要完成什久功能，达到什么要求。接着详述这个组件必须要关注的硬件的细节，然后把我们的想法和设计归纳成数据结构。最后编写完成这些功能的代码。
这些内容将奠定本书田晏作系统实践领域中里程碑式的地位。
作译者
彭东，中国计算机领域的“鬼才”，自幼患病，从2008年开始直到现在，始终不间断地研究和自学计算机，精通各种编程语言，精通算法与数据结构，精通编译原理，精通操作系统理论并十分了解现有的Linux和Windows操作系统，还精通X86和ARM两大硬件平台体系结构。
先后独自从零开始开发了LMOS、LMOSEM两大操作系统内核，现在的LMOS已经是多进程、多线程、多CPU、支持虚拟内存的x86_64体系下的全64位操作系统内核，代码量已经有10万多行了，而LMOSEM则是本书中所写的基于ARM平台的嵌入式操作系统。LMOS的早期版本曾在IT168等社区发布，引起了广泛讨论，获得了极高的评价。
先后独自从零开始开发了LMOS、LMOSEM两大操作系统内核，现在的LMOS已经是多进程、多线程、多CPU、支持虚拟内存的x86_64体系下的全64位操作系统内核，代码量已经有10万多行了，而LMOSEM则是本书中所写的基于ARM平台的嵌入式操作系统。LMOS的早期版本曾在IT168等社区发布，引起了广泛讨论，获得了极高的评价。
目录
前言
第1章 操作系统的功能及为什么需要它1
1.1从hello world开始1
1.2 操作系统功能演进3
1.3 小结7
第2章 硬件平台8
2.1 选择平台8
2.1.1 mini24408
2.1.2 mini2440平台的信息9
2.2 必须要关注的硬件13
2.2.1 原因14
2.2.2 RTC15
2.2.3 定时器16
2.2.4 串口17
2.2.5 中断控制器18
2.2.6 SDRAM19
2.2.7 Norflash23
2.2.8 Nandflash24
2.3 小结26
第3章 处理器28
第1章 操作系统的功能及为什么需要它1
1.1从hello world开始1
1.2 操作系统功能演进3
1.3 小结7
第2章 硬件平台8
2.1 选择平台8
2.1.1 mini24408
2.1.2 mini2440平台的信息9
2.2 必须要关注的硬件13
2.2.1 原因14
2.2.2 RTC15
2.2.3 定时器16
2.2.4 串口17
2.2.5 中断控制器18
2.2.6 SDRAM19
2.2.7 Norflash23
2.2.8 Nandflash24
2.3 小结26
第3章 处理器28
前言
为什么写这本书
随着移动互联网技术的成熟，物联网也开始崭露头角，由此产生了各种小型、低功耗的智能硬件，这些智能硬件被嵌入到移动电话、手表、冰箱、空调、电视机、洗衣机等常用电子产品中，使这些常用电子产品功能更加强大、更加智能，而且它们可以连接到网络，便于用户远程操控，从而大大改善了人们的生活。
因此，嵌入式行业才变得如此火热，那些被嵌入到电子产品中的智能硬件，也需要一些小巧、特殊的操作系统软件才能正常工作，这类小巧、特殊的操作系统软件，称为嵌入式系统。2013年下半年，我开始学习嵌入式系统，并编写了一个嵌入式操作系统—LMOSEM。在互联网上也认识了不少研究嵌入式的朋友，在他们的要求和规劝下，我终于有勇气把我研究出来的东西归纳、整理成册，也算是我学习的笔记，于是就有了这本书。虽然有很多的顾虑，怕贻笑方家、怕误导同道……但是我的每行代码、每个点子，都在实机上测试过并证明了其正确性，所以也就心下一片坦然了。如果这本书能够被后来者借鉴一二，或者解决他们的一些疑惑，我自然欣慰万分。
关于LMOSEM
关于LMOSEM，这得从LMOS开始说起。2010年下半年，我开始准备要写个操作系统内核，没有其他目的，只是出于学习，出于兴趣。由于是自己独立从零开始设计、编写的，我觉得自己这种行为有点疯狂，索性用LMOS（liberty madness operating system）命名了我的操作系统。LMOS经过这几年的独立开发，现在已经发布了6个测试版本。先后从32位单CPU架构发展到64位多CPU架构，现在的LMOS已经是多进程、多线程、多CPU、支持虚拟内存的x86_64体系下的操作系统内核。LMOS的这些特性，非常适合通用计算机领域，如PC、工作站、小型服务器。这些特性导致LMOS代码量庞大，一些组件不够小巧，削剪起来非常复杂，很难保证削剪后的组件是否健壮，因此LMOS不适合于嵌入式领域，所以笔者才重新开发了LMOSEM—适合嵌入式领域的操作系统。
LMOSEM依然删除了很多代码，因为写书要做到简单，便于理解。即便如此，LMOSEM依然包含了现代操作系统的大部分重要组件，如内存管理、进程管理、驱动模型、文件系统等。这些组件的实现过程在本书中都会有详细的介绍。LMOSEM不支持实时性功能，嵌入式操作系统也不一定要是实时性的操作系统，何况我们是出于学习的目的。为了代码的清晰、简单，我们暂不考虑安全性和性能方面的问题。等到明白了操作系统原理，我们再去不断修正、优化，使之功能变得更多，性能变得更强。笔者开发的LMOSEM操作系统项目，是在Linux操作系统下开发的，用到了Linux操作系统的很多工具。笔者不会和读者讨论为什么不用常用的Windows系统，也不会说谁好、谁不好。如果读者非常喜欢Windows系统，那么也可以尝试着把这个项目迁移到Windows系统下。但是笔者书中演示的环境还是Linux系统。关于如何搭建开发环境，本书后面的章节有详细的介绍。在那里读者会发现用Linux系统开发LMOSEM内核有很多方便之处，如会用到的MAKE、GCC、LD等，这些工具在Linux系统下都很容易得到，在Windows系统下虽然也能做到，但相对麻烦一点。何况今天的Linux系统已经很好用了。
读者对象
如果读者是一位纯粹的操作系统爱好者，对其有着浓厚的兴趣，那么本书将非常适合。
如果读者是嵌入式领域的从业者或者学生，也可以从本书中获得很多帮助。
如果读者是一位普通的应用软件开发者，业余时间也可以翻翻此书，书中的一些设计方法和编程手段，或许可以借鉴一二。
如果你只是想了解一些计算机硬件系统和软件系统的常识，那么本书同样会让你获益。
如何阅读本书
为了能更轻松地阅读这本书，笔者建议先了解C语言这门编程语言，对数据结构有所了解就更好了。除这些外，笔者假定读者没有其他任何技能。除了需要的上述技能，读者还需要对操作系统有强大的兴趣和求知欲，要有坚强的意志、永远不放弃的精神。开发操作系统内核本身就不是件容易的事，必然会有很多问题在等着我们，但是遇到问题不要害怕，静下心从容面对，只要我们不放弃，问题最终会解决。
本书很简单，没有拐弯抹角，没有反复修饰，但是必要的细节从不漏掉。宁可在细节上啰嗦一点，也不在不相关的地方多写一句。
本书的最终目的是构建一个用于学习的嵌入式操作系统内核，并工作在真正的物理机上。为了达到这一目的，本书大体上分为三部分：综述、硬件部分和软件部分。
综述部分（第1章）。
第1章，先说明操作系统的概念、功能和演进历史，最后得出现代操作系统的模型，使我们可以了解操作系统的轮廓。
硬件部分（第2～3章）。
第2章，从选择硬件平台开始，首先概述硬件平台的整体情况，接着了解编写操作系统内核必需的一些平台上的组件，如实时时钟、定时器、串口、中断控制器、内存芯片、Flash芯片、CPU、MMU等。让读者有初步的印象，在写代码用到某个组件时再详述其内部编程细节。
第3章，详细介绍处理器，重点介绍处理器的结构和特性、处理器的地址空间、处理器的状态和工作模式、处理器的寄存器和指令集。最后介绍处理器中的MMU和Cache，对于MMU，主要介绍MMU的作用和它对操作系统内核开发的影响、如何对MMU编程、MMU的几种地址映射方式。而对于Cache，重点介绍Cache的作用、Cache的类型、Cache的使用。
随着移动互联网技术的成熟，物联网也开始崭露头角，由此产生了各种小型、低功耗的智能硬件，这些智能硬件被嵌入到移动电话、手表、冰箱、空调、电视机、洗衣机等常用电子产品中，使这些常用电子产品功能更加强大、更加智能，而且它们可以连接到网络，便于用户远程操控，从而大大改善了人们的生活。
因此，嵌入式行业才变得如此火热，那些被嵌入到电子产品中的智能硬件，也需要一些小巧、特殊的操作系统软件才能正常工作，这类小巧、特殊的操作系统软件，称为嵌入式系统。2013年下半年，我开始学习嵌入式系统，并编写了一个嵌入式操作系统—LMOSEM。在互联网上也认识了不少研究嵌入式的朋友，在他们的要求和规劝下，我终于有勇气把我研究出来的东西归纳、整理成册，也算是我学习的笔记，于是就有了这本书。虽然有很多的顾虑，怕贻笑方家、怕误导同道……但是我的每行代码、每个点子，都在实机上测试过并证明了其正确性，所以也就心下一片坦然了。如果这本书能够被后来者借鉴一二，或者解决他们的一些疑惑，我自然欣慰万分。
关于LMOSEM
关于LMOSEM，这得从LMOS开始说起。2010年下半年，我开始准备要写个操作系统内核，没有其他目的，只是出于学习，出于兴趣。由于是自己独立从零开始设计、编写的，我觉得自己这种行为有点疯狂，索性用LMOS（liberty madness operating system）命名了我的操作系统。LMOS经过这几年的独立开发，现在已经发布了6个测试版本。先后从32位单CPU架构发展到64位多CPU架构，现在的LMOS已经是多进程、多线程、多CPU、支持虚拟内存的x86_64体系下的操作系统内核。LMOS的这些特性，非常适合通用计算机领域，如PC、工作站、小型服务器。这些特性导致LMOS代码量庞大，一些组件不够小巧，削剪起来非常复杂，很难保证削剪后的组件是否健壮，因此LMOS不适合于嵌入式领域，所以笔者才重新开发了LMOSEM—适合嵌入式领域的操作系统。
LMOSEM依然删除了很多代码，因为写书要做到简单，便于理解。即便如此，LMOSEM依然包含了现代操作系统的大部分重要组件，如内存管理、进程管理、驱动模型、文件系统等。这些组件的实现过程在本书中都会有详细的介绍。LMOSEM不支持实时性功能，嵌入式操作系统也不一定要是实时性的操作系统，何况我们是出于学习的目的。为了代码的清晰、简单，我们暂不考虑安全性和性能方面的问题。等到明白了操作系统原理，我们再去不断修正、优化，使之功能变得更多，性能变得更强。笔者开发的LMOSEM操作系统项目，是在Linux操作系统下开发的，用到了Linux操作系统的很多工具。笔者不会和读者讨论为什么不用常用的Windows系统，也不会说谁好、谁不好。如果读者非常喜欢Windows系统，那么也可以尝试着把这个项目迁移到Windows系统下。但是笔者书中演示的环境还是Linux系统。关于如何搭建开发环境，本书后面的章节有详细的介绍。在那里读者会发现用Linux系统开发LMOSEM内核有很多方便之处，如会用到的MAKE、GCC、LD等，这些工具在Linux系统下都很容易得到，在Windows系统下虽然也能做到，但相对麻烦一点。何况今天的Linux系统已经很好用了。
读者对象
如果读者是一位纯粹的操作系统爱好者，对其有着浓厚的兴趣，那么本书将非常适合。
如果读者是嵌入式领域的从业者或者学生，也可以从本书中获得很多帮助。
如果读者是一位普通的应用软件开发者，业余时间也可以翻翻此书，书中的一些设计方法和编程手段，或许可以借鉴一二。
如果你只是想了解一些计算机硬件系统和软件系统的常识，那么本书同样会让你获益。
如何阅读本书
为了能更轻松地阅读这本书，笔者建议先了解C语言这门编程语言，对数据结构有所了解就更好了。除这些外，笔者假定读者没有其他任何技能。除了需要的上述技能，读者还需要对操作系统有强大的兴趣和求知欲，要有坚强的意志、永远不放弃的精神。开发操作系统内核本身就不是件容易的事，必然会有很多问题在等着我们，但是遇到问题不要害怕，静下心从容面对，只要我们不放弃，问题最终会解决。
本书很简单，没有拐弯抹角，没有反复修饰，但是必要的细节从不漏掉。宁可在细节上啰嗦一点，也不在不相关的地方多写一句。
本书的最终目的是构建一个用于学习的嵌入式操作系统内核，并工作在真正的物理机上。为了达到这一目的，本书大体上分为三部分：综述、硬件部分和软件部分。
综述部分（第1章）。
第1章，先说明操作系统的概念、功能和演进历史，最后得出现代操作系统的模型，使我们可以了解操作系统的轮廓。
硬件部分（第2～3章）。
第2章，从选择硬件平台开始，首先概述硬件平台的整体情况，接着了解编写操作系统内核必需的一些平台上的组件，如实时时钟、定时器、串口、中断控制器、内存芯片、Flash芯片、CPU、MMU等。让读者有初步的印象，在写代码用到某个组件时再详述其内部编程细节。
第3章，详细介绍处理器，重点介绍处理器的结构和特性、处理器的地址空间、处理器的状态和工作模式、处理器的寄存器和指令集。最后介绍处理器中的MMU和Cache，对于MMU，主要介绍MMU的作用和它对操作系统内核开发的影响、如何对MMU编程、MMU的几种地址映射方式。而对于Cache，重点介绍Cache的作用、Cache的类型、Cache的使用。
