嵌入式操作系统：设计与实现

本书是《自己动手写嵌入式操作系统》的全面升级版，作者对自己亲自在PC上开发的嵌入式操作系统的“Hello China”进行全面的升级和改进，书中详细地叙述自己动手写嵌入式操作系统所需的各方面知识，如加载和初始化、Shell、线程的实现、内存管理机制、互斥和同步机制及中断和定时机制的实现，以及设备驱动程序管理框架和应用编程接口等。 本书中的每一个字都是作者辛勤劳动的结晶，本书所讲到的嵌入式操作系统“Hello China”更是作者亲自实践的成果，因此本书具有极高的实用性，对于嵌入式软件开发工程师、应用软件开发工程师均有很高的参考价值，对于大中院校的学生学习和理解操作系统及计算机原理也会有许多启发，对于系统软件爱好者更是一本不可多得的好书，因为它会使您得到一个完整而细致的实践过程。

第1章 概述 1
1.1 嵌入式系统概述 1
1.2 嵌入式操作系统概述 3
1.2.1 嵌入式操作系统的特点 3
1.2.2 嵌入式操作系统与通用操作系统的区别 4
1.2.3 嵌入式实时操作系统 6
1.3 操作系统的基本概念 6
1.3.1 微内核与大内核 7
1.3.2 进程、线程与任务 8
1.3.3 可抢占与不可抢占 9
1.3.4 同步机制 9
1.4 Hello China概述 10
1.4.1 Hello China的功能特点 11
1.4.2 Hello China的开发环境 12
1.4.3 面向对象思想的模拟 15
1.4.4 对象机制 17
1.4.5 Hello China V1.0版本的源文件构成 18
1.4.6 Hello China V1.5版本的源文件构成 20
1.4.7 Hello China的使用 21
1.5 实例：一个简单的IP路由器的实现 22
1.5.1 概述 22
1.5.2 路由器的硬件结构 22
1.5.3 路由器的软件功能 23
1.5.4 各任务的实现 25
第2章 Hello China的加载和初始化 28
2.1 常见嵌入式系统的启动 28
2.1.1 典型嵌入式系统内存映射布局 28
2.1.2 嵌入式系统的启动概述 29
2.1.3 常见嵌入式操作系统的加载方式 29
2.1.4 嵌入式系统软件的写入 34
2.2 Hello China在PC上的启动 36
2.2.1 PC启动过程概述 36
2.2.2 Hello China的引导过程 38
2.2.3 实地址模式下的初始化 42
2.2.4 保护模式下的初始化 46
2.2.5 操作系统核心功能的初始化 49
第3章 Hello China的Shell 57
3.1 Shell的启动和初始化 57
3.2 Shell的消息处理过程 58
3.3 内部命令的处理过程 62
3.4 外部命令的处理过程 64
第4章 Hello China的线程 68
4.1 线程概述 68
4.1.1 进程、线程和任务 68
4.2 Hello China V1.0版本的线程实现 69
4.2.1 核心线程管理对象 69
4.2.2 线程的状态及其切换 74
4.2.3 核心线程对象 76
4.2.4 线程的上下文 79
4.2.5 线程的优先级与调度 84
4.2.6 线程的创建 86
4.2.7 线程的结束 92
4.2.8 线程的消息队列 95
4.2.9 线程的切换——中断上下文 98
4.2.10 线程的切换——系统调用上下文 107
4.2.11 上下文保存和切换的底层函数 113
4.2.12 线程的睡眠与唤醒 116
4.3 V1.5版本中核心线程的实现 117
4.3.1 概述 117
4.3.2 核心线程调度时机 117
4.4 V1.5核心线程管理器（KernelThreadManager）的实现 118
4.4.1 V1.5核心线程队列的实现 121
4.5 V1.5核心线程对象（Kernel ThreadObject）的实现 123
4.5.1 V1.5版本中硬件上下文的保存 125
4.5.2 线程的调度——中断上下文 129
4.5.3 线程的调度——程序上下文 132
4.5.4 核心线程的创建和初始化 137
4.5.5 中断处理程序结束后的线程调度 143
第5章 Hello China的内存管理机制 146
……
第6章 线程本地堆的实现 203
第7章 互斥和同步机制的实现 227
第8章 中断和定时处理机制的实现 250
第9章 系统总线管理 278
第10章 驱动程序管理框架 311
第11章 核心线程CPU占用率统计功能 363
第12章 系统核心HOOK机制的实现 384
第13章 串口交互程序及其实现 397
第14章 应用编程接口与示例 431
第15章 Hello China的应用开发方法 461
附录A 如何搭建一个基于Windows的操作系统开发平台 467
附录B 一种代码执行时间测量方法的实现 488
附录C 64bit整型数据类型的实现 494
附录D IOCTRL控制程序使用介绍及实例 501
附录E 如何快速掌握汇编语言 510
附录F 源代码使用说明 515
附录G 优先队列（Priority Queue）和环形缓冲区（RING BUFFER）的实现 518

第1章 概述
　　1.1 嵌入式系统概述
　　当今时代，人们的生活越来越依赖基于计算机技术和数据通信技术的电子产品，因此，有人说，当今时代是电子产品时代；也有人说，当今时代是互联网时代；还有人说，当今时代是e时代。这些都充分说明了电子产品和互联网技术给人们的生活带来的改变。但这些说法都有些偏颇，一个更接近本质的说法是“当今时代，是嵌入式系统时代”。
　　嵌入式系统可以简单地理解为“为完成一项功能而开发的、由具有特定功能的硬件和软件组成的一个应用产品或系统”。嵌入式系统在我们的生活中到处可见，例如，手机、PDA、家里的数字电视机、全自动洗衣机等，都是嵌入式系统。当然，在我们日常生活接触不到的领域中，嵌入式系统也被广泛应用。例如，应用于通信网络中的电话交换机、光传输分叉／复用设备、互联网路由器等，都是嵌入式系统的实例。这些实例都有一个共同的特点，那就是“具备特定的用途”。比如，手机只能用于完成移动通信（移动通话、移动短信息等），而不具备数字电视的功能，同样地，数字电视只具备数字电视信号接收、解码和播放功能，以及相关的一些简单附加功能，而不具备洗衣机的功能，等等。因此，嵌入式系统一个最基本的特点，就是“功能专一”。
……