嵌入式C语言自我修养

这是一本专门为嵌入式读者打造的C语言进阶学习图书。本书的学习重点不再是C语言的基本语法，而是和嵌入式、C语言相关的一系列知识。作者以C语言为切入点，分别探讨了嵌入式开发所需要的诸多核心理论和技能，力图帮助读者从零搭建嵌入式开发所需要的完整知识体系和技能树。

《嵌入式C语言自我修养——从芯片、编译器到操作系统》从底层CPU的制造流程和工作原理开始讲起，到计算机体系结构，C程序的反汇编分析，程序的编译、运行和重定位，程序运行时的堆栈内存动态变化，GNU C编译器的扩展语法，指针的灵活使用，C语言的面向对象编程思想，C语言的模块化编程思想，C语言的多任务编程思想，进程、线程和协程的概念，从底层到上层，从芯片、硬件到软件、框架，几乎涵盖了嵌入式开发的所有知识点。

《嵌入式C语言自我修养——从芯片、编译器到操作系统》适合嵌入式学习者、开发者阅读学习，同样适合从...

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这是一本专门为嵌入式读者打造的C语言进阶学习图书。本书的学习重点不再是C语言的基本语法，而是和嵌入式、C语言相关的一系列知识。作者以C语言为切入点，分别探讨了嵌入式开发所需要的诸多核心理论和技能，力图帮助读者从零搭建嵌入式开发所需要的完整知识体系和技能树。

《嵌入式C语言自我修养——从芯片、编译器到操作系统》从底层CPU的制造流程和工作原理开始讲起，到计算机体系结构，C程序的反汇编分析，程序的编译、运行和重定位，程序运行时的堆栈内存动态变化，GNU C编译器的扩展语法，指针的灵活使用，C语言的面向对象编程思想，C语言的模块化编程思想，C语言的多任务编程思想，进程、线程和协程的概念，从底层到上层，从芯片、硬件到软件、框架，几乎涵盖了嵌入式开发的所有知识点。

《嵌入式C语言自我修养——从芯片、编译器到操作系统》适合嵌入式学习者、开发者阅读学习，同样适合从事Linux下C语言开发工作的人员作为参考。阅读本书需要读者有一定的C语言基础，无论你是在校学生，还是需要充电学习的工程师，掌握了C语言的基本语法和编程技能后再阅读本书，学习效果会更佳。

第1章 工欲善其事，必先利其器 1
1.1 代码编辑工具：Vim 2
1.1.1 安装Vim 2
1.1.2 Vim常用命令 3
1.1.3 Vim配置文件：vimrc 6
1.1.4 Vim的按键映射 8
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第1章 工欲善其事，必先利其器 1
1.1 代码编辑工具：Vim 2
1.1.1 安装Vim 2
1.1.2 Vim常用命令 3
1.1.3 Vim配置文件：vimrc 6
1.1.4 Vim的按键映射 8
1.2 程序编译工具：make 10
1.2.1 使用IDE编译C程序 10
1.2.2 使用gcc编译C源程序 11
1.2.3 使用make编译程序 14
1.3 代码管理工具：Git 16
1.3.1 什么是版本控制系统 16
1.3.2 Git的安装和配置 18
1.3.3 Git常用命令 18
第2章 计算机体系结构与CPU工作原理 21
2.1 一颗芯片是怎样诞生的 22
2.1.1 从沙子到单晶硅 22
2.1.2 PN结的工作原理 24
2.1.3 从PN结到芯片电路 26
2.1.4 芯片的封装 28
2.2 一颗CPU是怎么设计出来的 29
2.2.1 计算机理论基石：图灵机 30
2.2.2 CPU内部结构及工作原理 31
2.2.3 CPU设计流程 33
2.3 计算机体系结构 37
2.3.1 冯·诺依曼架构 38
2.3.2 哈弗架构 38
2.3.3 混合架构 38
2.4 CPU性能提升：Cache机制 39
2.4.1 Cache的工作原理 39
2.4.2 一级Cache和二级Cache 41
2.4.3 为什么有些处理器没有Cache 42
2.5 CPU性能提升：流水线 42
2.5.1 流水线工作原理 43
2.5.2 超流水线技术 44
2.5.3 流水线冒险 47
2.5.4 分支预测 49
2.5.5 乱序执行 50
2.5.6 SIMD和NEON 51
2.5.7 单发射和多发射 52
2.6 多核CPU 54
2.6.1 单核处理器的瓶颈 54
2.6.2 片上多核互连技术 55
2.6.3 big.LITTLE结构 58
2.6.4 超线程技术 59
2.6.5 CPU核数越多越好吗 61
2.7 后摩尔时代：异构计算的崛起 62
2.7.1 什么是异构计算 62
2.7.2 GPU 63
2.7.3 DSP 64
2.7.4 FPGA 64
2.7.5 TPU 65
2.7.6 NPU 67
2.7.7 后摩尔时代的XPU们 70
2.8 总线与地址 71
2.8.1 地址的本质 72
2.8.2 总线的概念 73
2.8.3 总线编址方式 74
2.9 指令集与微架构 74
2.9.1 什么是指令集 75
2.9.2 什么是微架构 76
2.9.3 指令助记符：汇编语言 79
第3章 ARM体系结构与汇编语言 81
3.1 ARM体系结构 81
3.2 ARM汇编指令 84
3.2.1 存储访问指令 85
3.2.2 数据传送指令 87
3.2.3 算术逻辑运算指令 87
3.2.4 操作数：operand2详解 88
3.2.5 比较指令 88
3.2.6 条件执行指令 89
3.2.7 跳转指令 90
3.3 ARM寻址方式 91
3.3.1 寄存器寻址 91
3.3.2 立即数寻址 91
3.3.3 寄存器偏移寻址 92
3.3.4 寄存器间接寻址 92
3.3.5 基址寻址 92
3.3.6 多寄存器寻址 92
3.3.7 相对寻址 93
3.4 ARM伪指令 94
3.4.1 LDR伪指令 94
3.4.2 ADR伪指令 96
3.5 ARM汇编程序设计 97
3.5.1 ARM汇编程序格式 97
3.5.2 符号与标号 98
3.5.3 伪操作 99
3.6 C语言和汇编语言混合编程 101
3.6.1 ATPCS规则 101
3.6.2 在C程序中内嵌汇编代码 103
3.6.3 在汇编程序中调用C程序 104
3.7 GNU ARM汇编语言 105
3.7.1 重新认识编译器 105
3.7.2 GNU ARM编译器的伪操作 107
3.7.3 GNU ARM汇编语言中的标号 108
3.7.4 .section伪操作 109
3.7.5 基本数据格式 110
3.7.6 数据定义 110
3.7.7 汇编代码分析实战 111
第4章 程序的编译、链接、安装和运行 114
4.1 从源程序到二进制文件 115
4.2 预处理过程 120
4.3 程序的编译 123
4.3.1 从C文件到汇编文件 124
4.3.2 汇编过程 127
4.3.3 符号表与重定位表 129
4.4 链接过程 132
4.4.1 分段组装 132
4.4.2 符号决议 136
4.4.3 重定位 140
4.5 程序的安装 142
4.5.1 程序安装的本质 142
4.5.2 在Linux下制作软件安装包 143
4.5.3 使用apt-get在线安装软件 145
4.5.4 在Windows下制作软件安装包 147
4.6 程序的运行 150
4.6.1 操作系统环境下的程序运行 150
4.6.2 裸机环境下的程序运行 153
4.6.3 程序入口main()函数分析 154
4.6.4 BSS段的小秘密 157
4.7 链接静态库 158
4.8 动态链接 162
4.8.1 与地址无关的代码 164
4.8.2 全局偏移表 165
4.8.3 延迟绑定 166
4.8.4 共享库 168
4.9 插件的工作原理 169
4.10 Linux内核模块运行机制 171
4.11 Linux内核编译和启动分析 174
4.12 U-boot重定位分析 179
4.13 常用的binutils工具集 185
第5章 内存堆栈管理 188
5.1 程序运行的“马甲”：进程 189
5.2 Linux环境下的内存管理 190
5.3 栈的管理 192
5.3.1 栈的初始化 193
5.3.2 函数调用 195
5.3.3 参数传递 199
5.3.4 形参与实参 201
5.3.5 栈与作用域 206
5.3.6 栈溢出攻击原理 208
5.4 堆内存管理 210
5.4.1 裸机环境下的堆内存管理 212
5.4.2 uC/OS的堆内存管理 213
5.4.3 Linux堆内存管理 219
5.4.4 堆内存测试程序 227
5.4.5 实现自己的堆管理器 229
5.5 mmap映射区域探秘 233
5.5.1 将文件映射到内存 236
5.5.2 mmap映射实现机制分析 239
5.5.3 把设备映射到内存 240
5.5.4 多进程共享动态库 243
5.6 内存泄漏与防范 245
5.6.1 一个内存泄漏的例子 245
5.6.2 预防内存泄漏 246
5.6.3 内存泄漏检测：MTrace 248
5.6.4 广义上的内存泄漏 250
5.7 常见的内存错误及检测 251
5.7.1 总有一个Bug，让你泪流满面 253
5.7.2 使用core dump调试段错误 254
5.7.3 什么是内存踩踏 256
5.7.4 内存踩踏监测：mprotect 257
5.7.5 内存检测神器：Valgrind 259
第6章 GNU C编译器扩展语法精讲 263
6.1 C语言标准和编译器 264
6.1.1 什么是C语言标准 264
6.1.2 C语言标准的内容 265
6.1.3 C语言标准的发展过程 265
6.1.4 编译器对C语言标准的支持 268
6.1.5 编译器对C语言标准的扩展 268
6.2 指定初始化 269
6.2.1 指定初始化数组元素 269
6.2.2 指定初始化结构体成员 271
6.2.3 Linux内核驱动注册 271
6.2.4 指定初始化的好处 273
6.3 宏构造“利器”：语句表达式 273
6.3.1 表达式、语句和代码块 273
6.3.2 语句表达式 274
6.3.3 在宏定义中使用语句表达式 276
6.3.4 内核中的语句表达式 280
6.4 typeof与container_of宏 280
6.4.1 typeof关键字 280
6.4.2 typeof使用示例 281
6.4.3 Linux内核中的container_of宏 281
6.4.4 container_of宏实现分析 283
6.5 零长度数组 286
6.5.1 什么是零长度数组 286
6.5.2 零长度数组使用示例 288
6.5.3 内核中的零长度数组 288
6.5.4 思考：指针与零长度数组 290
6.6 属性声明：section 292
6.6.1 GNU C编译器扩展关键字：__attribute__ 292
6.6.2 属性声明：section 294
6.6.3 U-boot镜像自复制分析 297
6.7 属性声明：aligned 299
6.7.1 地址对齐：aligned 299
6.7.2 结构体的对齐 302
6.7.3 思考：编译器一定会按照aligned指定的方式对齐吗 304
6.7.4 属性声明：packed 305
6.7.5 内核中的aligned、packed声明 306
6.8 属性声明：format 306
6.8.1 变参函数的格式检查 306
6.8.2 变参函数的设计与实现 308
6.8.3 实现自己的日志打印函数 312
6.9 属性声明：weak 314
6.9.1 强符号和弱符号 314
6.9.2 函数的强符号与弱符号 316
6.9.3 弱符号的用途 317
6.9.4 属性声明：alias 319
6.10 内联函数 320
6.10.1 属性声明：noinline 320
6.10.2 什么是内联函数 320
6.10.3 内联函数与宏 321
6.10.4 编译器对内联函数的处理 322
6.10.5 思考：内联函数为什么定义在头文件中 324
6.11 内建函数 324
6.11.1 什么是内建函数 324
6.11.2 常用的内建函数 325
6.11.3 C标准库的内建函数 328
6.11.4 内建函数：__builtin_constant_p(n) 328
6.11.5 内建函数：__builtin_expect(exp,c) 329
6.11.6 Linux内核中的likely和unlikely 330
6.12 可变参数宏 333
6.12.1 什么是可变参数宏 334
6.12.2 继续改进我们的宏 335
6.12.3 可变参数宏的另一种写法 336
6.12.4 内核中的可变参数宏 336
第7章 数据存储与指针 339
7.1 数据类型与存储 340
7.1.1 大端模式与小端模式 340
7.1.2 有符号数和无符号数 343
7.1.3 数据溢出 345
7.1.4 数据类型转换 348
7.2 数据对齐 352
7.2.1 为什么要数据对齐 352
7.2.2 结构体对齐 353
7.2.3 联合体对齐 356
7.3 数据的可移植性 358
7.4 Linux内核中的size_t类型 360
7.5 为什么很多人编程时喜欢用typedef 361
7.5.1 typedef的基本用法 361
7.5.2 使用typedef的优势 364
7.5.3 使用typedef需要注意的地方 366
7.5.4 typedef的作用域 368
7.5.5 如何避免typedef被大量滥用 368
7.6 枚举类型 369
7.6.1 使用枚举的三种方法 370
7.6.2 枚举的本质 370
7.6.3 Linux内核中的枚举类型 372
7.6.4 使用枚举需要注意的地方 372
7.7 常量和变量 373
7.7.1 变量的本质 374
7.7.2 常量存储 376
7.7.3 常量折叠 377
7.8 从变量到指针 378
7.8.1 指针的本质 379
7.8.2 一些复杂的指针声明 381
7.8.3 指针类型与运算 383
7.9 指针与数组的“暧昧”关系 386
7.9.1 下标运算符[] 388
7.9.2 数组名的本质 389
7.9.3 指针数组与数组指针 392
7.10 指针与结构体 395
7.11 二级指针 399
7.11.1 修改指针变量的值 400
7.11.2 二维指针和指针数组 402
7.11.3 二级指针和二维数组 403
7.12 函数指针 407
7.13 重新认识void 408
第8章 C语言的面向对象编程思想 411
8.1 代码复用与分层思想 412
8.2 面向对象编程基础 413
8.2.1 什么是OOP 414
8.2.2 类的封装与实例化 414
8.2.3 继承与多态 416
8.2.4 虚函数与纯虚函数 418
8.3 Linux内核中的OOP思想：封装 419
8.3.1 类的C语言模拟实现 420
8.3.2 链表的抽象与封装 422
8.3.3 设备管理模型 423
8.3.4 总线设备模型 427
8.4 Linux内核中的OOP思想：继承 429
8.4.1 继承与私有指针 429
8.4.2 继承与抽象类 430
8.4.3 继承与接口 431
8.5 Linux内核中的OOP思想：多态 433
第9章 C语言的模块化编程思想 436
9.1 模块的编译和链接 437
9.2 系统模块划分 439
9.2.1 模块划分方法 439
9.2.2 面向对象编程的思维陷阱 441
9.2.3 规划合理的目录结构 442
9.3 一个模块的封装 443
9.4 头文件深度剖析 444
9.4.1 基本概念 444
9.4.2 隐式声明 446
9.4.3 变量的声明与定义 447
9.4.4 如何区分定义和声明 449
9.4.5 前向引用和前向声明 450
9.4.6 定义与声明的一致性 453
9.4.7 头文件路径 454
9.4.8 Linux内核中的头文件 456
9.4.9 头文件中的内联函数 459
9.5 模块设计原则 459
9.6 被误解的关键字：goto 461
9.7 模块间通信 462
9.7.1 全局变量 462
9.7.2 回调函数 466
9.7.3 异步通信 470
9.8 模块设计进阶 471
9.8.1 跨平台设计 471
9.8.2 框架 473
9.9 AIoT时代的模块化编程 476
第10章 C语言的多任务编程思想和操作系统入门 478
10.1 多任务的裸机实现 479
10.1.1 多任务的模拟实现 479
10.1.2 改变任务的执行频率 481
10.1.3 改变任务的执行时间 484
10.2 操作系统基本原理 488
10.2.1 调度器工作原理 490
10.2.2 函数栈与进程栈 492
10.2.3 可重入函数 493
10.2.4 临界区与临界资源 495
10.3 中断 497
10.3.1 中断处理流程 497
10.3.2 进程栈与中断栈 500
10.3.3 中断函数的实现 504
10.4 系统调用 506
10.4.1 操作系统的API 506
10.4.2 操作系统的权限管理 508
10.4.3 CPU的特权模式 508
10.4.4 Linux系统调用接口 509
10.5 揭开文件系统的神秘面纱 510
10.5.1 什么是文件系统 511
10.5.2 文件系统的挂载 513
10.5.3 根文件系统 514
10.6 存储器接口与映射 515
10.6.1 存储器与接口 515
10.6.2 存储映射 518
10.6.3 嵌入式启动方式 520
10.7 内存与外部设备 521
10.7.1 内存与外存 521
10.7.2 外部设备 522
10.7.3 I/O端口与I/O内存 523
10.8 寄存器操作 524
10.8.1 位运算应用 524
10.8.2 操作寄存器 527
10.8.3 位域 529
10.9 内存管理单元MMU 531
10.9.1 地址转换 532
10.9.2 权限管理 534
10.10 进程、线程和协程 535
10.10.1 进程 536
10.10.2 线程 538
10.10.3 线程池 539
10.10.4 协程 540
10.10.5 小结 541
参考文献 543
· · · · · · (收起)