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内容简介

本书系统地介绍了嵌入式操作系统内核的原理、设计和实现。首先通过大量图表详细介绍了嵌入式操作系统的基本概念和原理。然后通过对各个内核功能的分析、设计和实现来加深读者对相关知识的理解。最后通过实际的应用程序来演示如何使用这些功能。从原理、设计、实现和使用的角度来阐明嵌入式操作系统的功能。本书可以作为高校本科生或非计算机专业的研究生嵌入式操作系统的教材，也可作为从事嵌入式系统开发工作的研究生、科研人员和企业开发人员的参考用书。

作者简介

刘旭明 嵌入式软件开发工程师，从事嵌入式软件开发多年，拥有丰富的嵌入式软件开发经验。他是开源嵌入式实时操作系统内核Trochili RTOS的维护人和拥有者。他对MCU、RTOS、TCP/IP等嵌入式技术有着深刻的理解，实战经验丰富，撰写了很多关于嵌入式软件开发的技术文章。目前就职于北京某通信IC设计公司，负责4G通信基带芯片功能验证和相关芯片固件与驱动的开发，参与了多款处理器的研发工作。他也是一个开源软件的倡导者和推动者，在许多知名的嵌入式技术社区担任版主。

图书目录

前言 第1章　嵌入式操作系统基础1 1.1　嵌入式软件系统结构1 1.1.1　轮询系统1 1.1.2　前后台系统1 1.1.3　多任务系统2 1.2　多任务机制概述3 1.2.1　时钟节拍3 1.2.2　多任务机制4 1.2.3　任务上下文5 1.2.4　任务切换5 1.2.5　任务的时间片和优先级7 1.2.6　任务调度和调度方式8 1.2.7　任务调度算法9 1.2.8　任务状态12 1.3　同步、互斥和通信12 1.3.1　任务等待和唤醒机制13 1.3.2　任务互斥和优先级反转14 1.3.3　优先级天花板和优先级继承15 1.4　中断机制17 1.4.1　中断流程概述18 1.4.2　中断优先级19 1.4.3　中断嵌套19 1.4.4　中断时序20 1.5　TrochiliRTOS介绍22 第2章　线程管理与调度23 2.1　线程结构设计23 2.1.1　线程的结构设计23 2.1.2　线程的状态25 2.1.3　线程优先级27 2.1.4　线程时间片28 2.1.5　线程栈管理28 2.1.6　线程函数和线程数据29 2.2　线程队列设计29 2.3　线程调度机制设计32 2.3.1　线程调度模型32 2.3.2　线程调度算法33 2.3.3　线程调度步骤33 2.4　线程管理和调度实现34 2.4.1　线程初始化35 2.4.2　线程激活35 2.4.3　线程休眠37 2.4.4　线程挂起40 2.4.5　线程解挂42 2.4.6　线程延时44 2.4.7　线程延时取消46 2.4.8　线程主动调度48 2.4.9　线程优先级设定50 2.4.10　线程时间片修改58 2.5　系统守护线程58 2.6　线程应用演示59 2.6.1　线程激活和休眠演示59 2.6.2　线程挂起和解挂演示62 2.6.3　线程延时演示65 2.6.4　线程主动调度演示67 2.6.5　线程优先级修改演示70 2.6.6　线程时间片修改演示73 第3章　线程同步和通信77 3.1　线程阻塞队列77 3.2　线程阻塞记录78 3.3　IPC机制底层支撑函数79 3.3.1　线程阻塞队列初始化80 3.3.2　保存线程阻塞信息80 3.3.3　清除线程阻塞信息80 3.3.4　读取线程阻塞结果80 3.3.5　线程阻塞过程80 3.3.6　解除线程阻塞过程81 3.3.7　解除最佳线程阻塞过程81 3.3.8　解除全部线程阻塞过程81 3.3.9　强制解除线程阻塞81 3.3.10　休眠被阻塞的线程81 3.3.11　设置被阻塞线程的优先级82 第4章　信号量设计与实现83 4.1　信号量的基本知识83 4.1.1　二值信号量的概念83 4.1.2　计数信号量的概念84 4.1.3　信号量的操作85 4.1.4　信号量的应用86 4.2　信号量设计实现90 4.2.1　信号量的初始化92 4.2.2　信号量的取消初始化92 4.2.3　信号量的获取93 4.2.4　信号量的释放98 4.2.5　终止线程阻塞103 4.2.6　信号量刷新104 4.3　信号量应用演示104 4.3.1　线程间的信号量单向同步105 4.3.2　线程间的信号双向同步107 4.3.3　线程和ISR的信号同步110 4.3.4　线程间的资源共享113 4.3.5　多线程的信号同步116 4.3.6　强制解除线程阻塞120 4.3.7　信号量取消初始化123 第5章　互斥量设计实现126 5.1　互斥量基础知识126 5.1.1　互斥量的概念126 5.1.2　互斥量的操作127 5.1.3　互斥量的应用128 5.2　互斥量设计实现129 5.2.1　互斥量的初始化130 5.2.2　互斥量取消初始化130 5.2.3　互斥量的加锁131 5.2.4　互斥量的释放134 5.2.5　终止线程阻塞137 5.2.6　互斥量刷新137 5.3　互斥量应用演示139 5.3.1　线程间的资源共享139 5.3.2　强制解除线程阻塞142 5.3.3　互斥量刷新144 5.3.4　互斥量取消初始化147 第6章　邮箱设计实现151 6.1　邮箱基础知识151 6.1.1　邮箱的概念151 6.1.2　邮箱的操作153 6.1.3　邮箱的典型应用153 6.2　邮箱功能设计156 6.2.1　邮箱的初始化158 6.2.2　邮箱的取消初始化158 6.2.3　接收邮件159 6.2.4　发送邮件163 6.2.5　终止线程阻塞168 6.2.6　邮箱刷新168 6.2.7　邮箱广播169 6.3　邮箱应用演示170 6.3.1　线程间的异步数据传输170 6.3.2　线程和ISR间的异步数据传输173 6.3.3　线程间的单向同步数据传输176 6.3.4　线程间的双向同步数据传输179 6.3.5　多线程同步与邮箱刷新183 6.3.6　多线程同步与邮箱广播188 6.3.7　强制解除线程阻塞192 6.3.8　邮箱取消初始化195 第7章　消息队列设计与实现199 7.1　消息队列基础199 7.1.1　消息队列的概念199 7.1.2　消息队列的操作201 7.1.3　消息队列的典型应用203 7.2　消息队列功能设计207 7.2.1　消息队列初始化209 7.2.2　消息队列取消初始化209 7.2.3　消息接收210 7.2.4　消息发送215 7.2.5　消息广播220 7.2.6　线程阻塞解除221 7.2.7　消息队列刷新221 7.3　消息队列应用演示223 7.3.1　线程间的异步数据传输223 7.3.2　线程和ISR间的异步数据传输226 7.3.3　线程间的单向同步数据传输229 7.3.4　线程间的双向同步数据传输232 7.3.5　多线程同步与消息队列刷新236 7.3.6　多线程同步与消息队列广播240 7.3.7　线程阻塞解除244 7.3.8　消息队列取消初始化248 第8章　事件标记设计实现253 8.1　事件标记基础知识253 8.1.1　事件标记的概念253 8.1.2　事件标记的操作254 8.1.3　事件标记的典型应用255 8.2　事件标记功能设计256 8.2.1　事件标记的初始化257 8.2.2　事件标记的重置257 8.2.3　接收事件258 8.2.4　发送事件260 8.2.5　终止线程阻塞263 8.2.6　事件标记刷新264 8.3　事件标记应用演示265 8.3.1　线程间的同步265 8.3.2　线程和ISR间的同步269 8.3.3　多线程同步与事件标记刷新272 8.3.4　强制解除线程阻塞276 8.3.5　事件标记重置279 第9章　时间管理283 9.1　定时器机制概述283 9.1.1　简单计数方案283 9.1.2　差分计时队列方案284 9.1.3　时间车轮方案284 9.1.4　定时时间漂移286 9.1.5　定时器精度286 9.2　软件定时器功能设计286 9.2.1　软件定时器结构287 9.2.2　软件定时器状态288 9.2.3　软件定时器队列289 9.2.4　软件定时器功能290 9.3　软件定时器使用演示296 第10章　内核移植299 10.1　处理器介绍299 10.1.1　STM32的地址映射300 10.1.2　STM32的时钟系统301 10.1.3　STM32的中断和异常303 10.1.4　时钟节拍定时器307 10.1.5　处理器启动309 10.2　内核移植311 10.2.1　内核功能剪裁311 10.2.2　内核移植实现313 10.2.3　线程栈初始化函数314 10.2.4　PendSV中断管理函数315 10.2.5　临界区管理函数317 10.2.6　内核多任务启动函数317 10.2.7　线程优先级计算函数317 10.2.8　内核与处理器接口函数317 10.2.9　内核启动流程317 10.3　评估板介绍321 10.3.1　LED驱动开发323 10.3.2　外部按键驱动开发325 10.3.3　串口驱动开发328 第11章　以太网实践331 11.1　以太网和以太网协议栈331 11.2　MCU接入以太网的方式332 11.3　以太网控制器和驱动开发333 11.4　基于RTOS的Web实验341 11.4.1　例程分析341 11.4.2　实验现象344