Онлайн версия «Си для встраиваемых систем»

Это онлайн версия книги «Си для встраиваемых систем». В печатном формате её можно приобрести у нас в магазине, а в виде файла epub/mobi/pdf на площадке LeanPub.

Почему текст книги доступен онлайн?

Мы верим что знания должны быть свободными, поэтому по прошествию двух лет с момента публикации книга выложена в сеть в виде набора статей.

Что за книга, кому она адресована?

На русском языке мало литературы, посвященной программированию встраиваемых систем. Проводя занятия со своими студентами, листая форумы и натыкаясь на негодование от пользователей, я решился написать книжку.

Для кого она? Нетривиальный вопрос. С одной стороны, она для начинающих, так как повествование ведется начиная от экскурса в историю через базовые концепции (представление чисел, системы счисления) и синтаксис языка. С другой стороны, я бы не сказал, что «чтиво» легкое: рассмотрена работа компилятора, некоторые особенности архитектуры ядра Cortex-M, переключение контекста выполнения, оптимизация кода и т. д.

Также сделана попытка показать уместность использования разных подходов в организации ПО: от простого суперцикла до ОСРВ (на примере FreeRTOS). В конце приведены ответы на наиболее популярные вопросы, связанные с написанием прошивок.

Оглавление

Эпилог

Одной из первых встраиваемых систем был Apollo Guidance Computer; около 2 МГц тактовой частоты и 12 процессорных инструкций хватило, чтобы совершить самое невероятное и опасное путушествие за всю историю человечества.

Благодарности

От автора

Предисловие

Целевая платформа

• История встраиваемых систем
• Микроконтроллер и ядро ARM Cortex-M3
  • Классификация по набору инструкций
  • Классификация МК по разрядности шины данных
  • Классификация по назначению
• Особенность встраиваемых систем
• Прогулка по уровням абстракции
  • Операция «НЕ»
  • Операция «И»
  • Операция «ИЛИ»
• Самопроверка

Представление информации

• Порядок байтов
• Системы счисления
  • Десятичная система счисления
  • Двоичная система счисления
  • Шестнадцатеричная система счисления
  • Восьмеричная система счисления
• Беззнаковые и знаковые целочисленные
• Вещественные числа
  • Числа с фиксированной запятой
  • Числа с плавающей запятой
• Что лучше?
• Самопроверка

Инструменты

• Система контроля версий Git
• Компиляторы и IDE
• Статический анализатор кода
• Самопроверка

Язык и компилятор

• Почему именно Си?
• Модульность
• Компилятор GCC
  • Компоновщик
    • Процесс линковки
• Утилита make
• Область видимости
  • Автоматическая продолжительность хранения
  • Статическая продолжительность хранения
  • Динамическая продолжительность хранения
    • Стек
    • Куча
• Самопроверка

Язык Си

• Препроцессор
  • Директива #include
  • Директива #define
  • Условные директивы
  • Другие директивы и макросы
• Комментарии
• Типы данных
• Модификаторы
  • Модификаторы времени хранения
  • Модификаторы класса хранилища
  • Модификаторы размера
  • Модификаторы знаковости
• Преобразование типов
• Указатели и массивы
  • Указатель
    • Указатель на функцию
    • Лямбда-функции в Си
  • Модификатор указателя
• Массивы
  • Массивы указателей
• Структуры, битовые поля, перечисления и объединения
• Операторы
  • Арифметические
  • Операторы сравнения
  • Логические операторы
  • Побитовые операции
  • Составное присваивание
  • Другие операторы
• Управляющие конструкции
  • Ветвление if
  • Переключатель switch
  • Циклы
    • Оператор ,
  • Ключевые слова break и continue
  • Оператор goto
• Функции
  • Рекурсивный вызов
  • Модификаторы функции
  • Переменное количество аргументов
  • Обобщённые макросы
• Стандартная библиотека
  • Форматированный вывод
• Самопроверка

Библиотеки МК

• Библиотека CMSIS
  • Стандартная часть
  • Вендор-зависимая часть
• Стандартная библиотека периферии
• Низкоуровневая библиотека
• Слой аппаратной абстракции HAL

Эффективный код для Cortex-M

• Типы данных и аргументы
• Условные операторы
• Переписываем циклы
• Аллокация регистров
• Вызов функции
• Организация структур
• Деление
• Полезные инструкции
• Самопроверка

Ошибки, сбои, тестирование и отладка

• Проверка кода компилятором
• Проверка кода утверждениями
• Обработка ошибок
  • Железо
• Модульное тестирование

Архитектура программного обеспечения

• DOS-стиль
• Windows-стиль
• ПО встраиваемых систем
• Линейная программа на главном цикле
• Главный цикл и прерывания
• Операционная система реального времени (ОСРВ)
  • Задачи
  • Приоритет задачи
    • Как выбирать приоритеты?
  • Планировщик
    • Вытесняющий алгоритм с квантованием времени
    • Вытесняющий алгоритм без квантования времени
    • Кооперативный алгоритм
  • Переключение контекста выполнения
  • Взаимодействие потоков
    • Очередь сообщений
    • Критические секции
    • Семафоры и мьютексы
  • Прерывания
• Заключение
• Самопроверка

Машина состояний

• Простое решение
• Событийный автомат
• Машина состояний на указателях на функции
• Таблица переходов
• Самопроверка

Операционная система FreeRTOS

• Установка и настройка
• Типы данных
• Работа с задачами
• Приоритеты задач
  • Планировщик задач
• Сопрограммы
• Управление памятью
• Взаимодействие потоков
  • Критические секции
  • Очереди
  • Семафоры и мьютексы
  • Уведомления задач
  • Программные таймеры
• Пример проекта с использованием FreeRTOS
  • Усложняем логику приложения
  • Эскиз программы
  • Настройка FreeRTOS
• Реализация
• Самопроверка

Дополнительные главы

• Таблица поиска
• Расчеты с фиксированной запятой
• Обработка аналоговых сигналов
• Коммуникация
• Загрузчик
  • Перенос таблицы в Cortex-M0
  • Таблица векторов в виде структуры
  • Единая прошивка
  • API загрузчика
• Энергосберегающий режим
• Где хранить настройки?
• Несколько действий на одной кнопке
  • Сценарий №1
  • Сценарий №2
• MISRA C и Сила Десяти Правил
• Случайные числа

Список литературы