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使用Raspberry Pi學習計算機體系結構

為了解決linux usb格式化的問題，作者（美）艾本·阿普頓等 這樣論述：

Raspberry Pi的誕生，深受20世紀80年代價格相對低廉的高度可編程計算機(以及它們對英國高新技術產生的影響)的啟發，它激勵新一代程序設計師並為他們提供准入平台。經濟成本和技術門檻的可接受性，使得Raspberry Pi成為學習計算機工作原理的理想工具。《使用Raspberry Pi學習計算機體系結構》將會是你整個Raspberry Pi內幕發現之旅的私人指南，也將成為你學習由Raspberry Pi完美詮釋的知識庫的專業級教練。作者Eben Upton和Jeff Duntemann是理想的導師：作為Raspberry Pi的共同創始人，Upton展現出他的深刻洞察力；Dunteman

則將復雜的技術知識凝練為易於理解的解釋。以Raspberry Pi這塊信用卡般大小的計算機(正在革新編程世界)的體系結構為基礎，Upton和Duntemann共同提供了隱藏在所有計算機背后的技術的專業級指 導。《使用Raspberry Pi學習計算機體系結構》按部就班地講解每個組件，包括組件能做什麼、為何需要它、該組件與其他組件的關系，以及組件創建過程中設計者面臨的選擇等。從內存、存儲器和處理器，到以太網、相機和音頻。Upton和Duntemann相互合作，確保讀者扎實理解Raspberry Pi的內部結構及其整體上與計算背后的技術之間的關系。 第1章 計算機漫談 11.1

日益繽彩紛呈的Raspberry 11.2 片上系統 41.3 一台令人激動的信用卡般大小的計算機 51.4 Raspberry Pi的功能 61.5 Raspberry Pi板 71.5.1 GPIO引腳 71.5.2 狀態LED 91.5.3 USB插口 101.5.4 以太網連接 101.5.5 音頻輸出 111.5.6 復合視頻 121.5.7 CSI攝像頭模塊連接器 131.5.8 HDMI 131.5.9 micro USB電源 141.5.10 存儲卡 141.5.11 DSI顯示連接 151.5.12 裝配孔 151.5.13 芯片 161.6 未來 16第2章計算概述 19

2.1 計算機與烹飪 202.1.1 佐料與數據 202.1.2 基本操作 212.2 按計划執行的盒子 222.2.1 執行和知曉 222.2.2 程序就是數據 232.2.3 存儲器 242.2.4 寄存器 252.2.5 系統總線 262.2.6 指令集 262.3 電平、數字及其表示 272.3.1 二進制：以1和0表示 272.3.2 手指的局限性 292.3.3 數量、編號和0 292.3.4 用於二進制速記的十六進制 302.3.5 執行二進制和十六進制運算 312.4 操作系統：幕后老板 332.4.1 操作系統的功能 332.4.2 向內核致敬 342.4.3 多核 34第3

章電子存儲器35 3.1 存儲器先於計算機而存在 35 3.2 旋轉磁存儲器(Rotating Magnetic Memory) 36 3.3 磁芯存儲器 37 3.3.1 磁芯存儲器的工作過程38 3.3.2 存儲器訪問時間39 3.4 靜態隨機訪問存儲器(SRAM) 40 3.5 地址線和數據線 41 3.6 由存儲器芯片構建存儲器系統42 3.7 動態隨機訪問存儲器(DRAM) 45 3.7.1 DRAM的工作原理 45 3.7.2 同步DRAM和異步DRAM47 3.7.3 SDRAM列、行、Bank、Rank和DIMM 49 3.7.4 DDR、DDR2、DDR3和DDR4 SDRA

M50 3.7.5 糾錯碼存儲器53 3.8 Raspberry Pi的存儲器系統54 3.8.1節能性54 3.8.2球柵陣列封裝55 3.9 緩存 55 3.9.1訪問的局部性56 3.9.2緩存層級56 3.9.3緩存行和緩存映射57 3.9.4直接映像59 3.9.5相聯映射61 3.9.6組相聯高速緩存62 3.9.7回寫緩存到存儲器63 3.10 虛擬存儲器 64 3.10.1虛擬存儲器概覽64 3.10.2虛擬存儲器到物理存儲器的映射65 3.10.3 深入了解存儲器管理單元66 3.10.4 多級頁表和TLB69 3.10.5 Raspberry Pi的交換問題70 3.10.

6 Raspberry Pi虛擬存儲器70 第4章ARM處理器與片上系統73 4.1 急速縮小的CPU 73 4.1.1微處理器74 4.1.2晶體管預算75 4.2 數字邏輯基礎 75 4.2.1邏輯門75 4.2.2觸發器和時序邏輯76 4.3 CPU內部78 4.3.1分支與標志79 4.3.2系統棧80 4.3.3系統時鍾和執行時間82 4.3.4流水線技術83 4.3.5流水線技術詳解84 4.3.6深入流水線以及流水線阻塞86 4.3.7 ARM11 中的流水線88 4.3.8 超標量執行89 4.3.9 基於SIMD的更多並行機制90 4.3.10 字節序92 4.4 CPU再認

識：CISC與RISC 93 4.4.1 RISC的歷史95 4.4.2 擴展的寄存器文件95 4.4.3 加載/存儲架構 96 4.4.4 正交的機器指令96 4.4.5 獨立的指令和數據高速緩存97 4.5 源於艾康的ARM 97 4.5.1微架構、內核及家族98 4.5.2 出售設計許可而非成品芯片98 4.6 ARM11 99 4.6.1 ARM指令集99 4.6.2 處理器模式102 4.6.3 模式和寄存器103 4.6.4 快速中斷107 4.6.5 軟件中斷108 4.6.6 中斷優先級108 4.6.7 條件指令執行109 4.7 協處理器 111 4.7.1 ARM協處理器

接口112 4.7.2 系統控制協處理器113 4.7.3 向量浮點協處理器113 4.7.4 仿真協處理器114 4.8 ARM Cortex 114 4.8.1 多發和亂序執行115 4.8.2 Thumb 2 115 4.8.3 Thumb EE 115 4.8.4 big.LITTLE 116 4.8.5 NEON SIMD協處理器 116 4.8.6 ARMv8和64位計算117 4.9 片上系統 118 4.9.1 博通BCM2835 SoC 118 4.9.2 第二代和第三代博通SoC 設備119 4.9.3 VLSI芯片原理119 4.9.4 流程、制程工藝和掩膜120 4.9

.5 IP：單元、宏單元、內核120 4.9.6 硬IP和軟IP121 4.9.7 平面規划、布局和布線121 4.9.8 片上通信的標准：AMBA 122 第5章程序設計 125 5.1 程序設計概述 125 5.1.1 軟件開發過程126 5.1.2 瀑布、螺旋與敏捷128 5.1.3 二進制程序設計130 5.1.4 匯編語言和助記符131 5.1.5 高級語言132 5.1.6 花樣泛濫的后BASIC 時代134 5.1.7 程序設計術語135 5.2 本地代碼編譯器的工作原理 137 5.2.1 預處理138 5.2.2 詞法分析138 5.2.3 語義分析139 5.2.4 生成中

間代碼139 5.2.5 優化139 5.2.6 生成目標代碼139 5.2.7 C編譯：一個具體示例140 5.2.8 鏈接目標代碼文件到可執行文件145 5.3 純文本解釋程序 146 5.4 字節碼解釋語言 148 5.4.1 p-code 148 5.4.2 Java 149 5.4.3 即時編譯(JIT) 150 5.4.4 Java之外的字節碼和JIT 編譯152 5.4.5 Android 、Java和Dalvik 152 5.5 數據構建塊 152 5.5.1 標識符、關鍵字、符號和操作符153 5.5.2 數值、文本和命名常量153 5.5.3 變量、表達式和賦值154 5.

5.4 類型和類型定義154 5.5.5 靜態和動態類型156 5.5.6 補碼和IEEE 754 157 5.6 代碼構建塊 159 5.6.1 控制語句和復合語句159 5.6.2 if/then/else 159 5.6.3 switch和case 161 5.6.4 repeat循環162 5.6.5 while循環163 5.6.6 for循環164 5.6.7 break和continue語句166 5.6.8 函數166 5.6.9 局部性和作用域168 5.7 面向對象程序設計 170 5.7.1 封裝172 5.7.2 繼承174 5.7.3 多態176 5.7.4 OOP小

結 178 5.8 GNU編譯器工具集概覽178 5.8.1 作為編譯器和生成工具的gcc179 5.8.2 使用Linux make 181 第6章非易失性存儲器185 6.1 打孔卡和磁帶 186 6.1.1 打孔卡186 6.1.2 磁帶數據存儲器186 6.1.3 磁存儲器的黎明188 6.2 磁記錄和編碼方案 189 6.2.1 磁通躍遷190 6.2.2 垂直記錄191 6.3 磁盤存儲器 192 6.3.1 柱面、磁軌和扇區193 6.3.2 低級格式化194 6.3.3 接口和控制器195 6.3.4 軟盤驅動器197 6.4 分區和文件系統 198 6.4.1 主分區和擴展分

區198 6.4.2 文件系統和高級格式化199 6.4.3 未來：GUID分區表 (GPT) 200 6.4.4 Raspberry Pi SD卡的分區201 6.5 光盤 202 6.5.1 源自CD的格式203 6.5.2 源自DVD的格式204 6.6 虛擬硬盤 205 6.7 Flash存儲器206 6.7.1 ROM、PROM和 EPROM 206 6.7.2 Flash與EEPROM 207 6.7.3 單級與多級存儲209 6.7.4 NOR Flash與NAND Flash 210 6.7.5 損耗平衡及Flash轉換層213 6.7.6 碎片回收和TRIM 214 6.7.

7 SD卡 215 6.7.8 eMMC216 6.7.9 非易失性存儲器的未來217 第7章有線和無線以太網219 7.1 網絡互連OSI參考模型220 7.1.1 應用層222 7.1.2 表示層222 7.1.3 會話層223 7.1.4 傳輸層223 7.1.5 網絡層224 7.1.6 數據鏈路層226 7.1.7 物理層226 7.2 以太網 227 7.2.1 粗纜以太網和細纜以太網227 7.2.2 以太網的基本構想227 7.2.3 沖突檢測和規避228 7.2.4 以太網編碼系統2297.2.5 PAM-5 編碼2327.2.6 10BASE-T和雙絞線233 7.2.7

從總線拓撲結構到星型拓撲結構234 7.2.8 交換以太網235 7.3 路由器和互聯網 237 7.3.1 名稱與地址237 7.3.2 IP地址和TCP端口2387.3.3 本地IP地址和DHCP 240 7.3.4 網絡地址轉換242 7.4 Wi-Fi 243 7.4.1 標准中的標准244 7.4.2 面對現實世界245 7.4.3 正在使用的Wi-Fi 設備 248 7.4.4 基礎設施網絡與Ad Hoc 網絡249 7.4.5 Wi-Fi 分布式介質訪問 250 7.4.6 載波監聽和隱藏結點問題251 7.4.7 分片253 7.4.8 調幅、調相和QAM 253 7.4.9

擴頻技術256 7.4.10 Wi-Fi 調制和編碼細節256 7.4.11 Wi-Fi 連接的實現原理259 7.4.12 Wi-Fi 安全性 260 7.4.13 Raspberry Pi上的Wi-Fi 261 7.4.14 更多的網絡263 第8章操作系統 2658.1 操作系統簡介 2668.1.1 操作系統的歷史 2678.1.2 操作系統基礎 2708.2 內核：操作系統的核心主導者 2748.2.1 操作系統控制 2768.2.2 模式 2768.2.3 存儲器管理 2778.2.4 虛擬存儲器 2788.2.5 多任務處理 2788.2.6 磁盤訪問和文件系統 2798.2.7

設備驅動程序 2798.3 操作系統的使能器和助手 2798.3.1 喚醒操作系統 2808.3.2 固件 2838.4 Raspberry Pi上的操作系統 2838.4.1 NOOBS 2848.4.2 第三方操作系統 2858.4.3 其他可用的操作系統 285第9章 視頻編解碼器和視頻壓縮 2879.1 第一個視頻編解碼器 2889.1.1 利用眼睛 2889.1.2 利用數據 2909.1.3 理解頻率變換 2939.1.4 使用無損編碼技術 2979.2 時移世易 2989.2.1 MPEG的最新標准 2999.2.2 H.265 3029.3 運動搜索 3029.3.1 視頻質

量 3049.3.2 處理能力 305第10章 3D圖形307 10.1 3D圖形簡史307 10.1.1 圖形用戶界面(Graphical User Interface，GUI) 308 10.1.2 視頻游戲中的3D圖形310 10.1.3 個人計算和顯卡311 10.1.4 兩個競爭標准312 10.2 OpenGL圖形管線 314 10.2.1 幾何規范和屬性315 10.2.2 幾何變換317 10.2.3 光照和材質320 10.2.4 圖元組裝和光柵化322 10.2.5 像素處理(片段着色)324 10.2.6 紋理326 10.3 現代圖形硬件 328 10.3.1 瓦片渲染

329 10.3.2 幾何拒絕330 10.3.3 着色332 10.3.4 緩存333 10.3.5 Raspberry Pi GPU 334 10.4 Open VG 336 10.5 通用GPU 338 10.5.1 異構體系結構338 10.5.2 OpenCL 339 第11章音頻 341 11.1 現在能聽到我的聲音嗎？341 11.1.1 MIDI342 11.1.2 聲卡342 11.2 模擬與數字343 11.3 聲音和信號處理344 11.3.1 編輯344 11.3.2 壓縮345 11.3.3 使用特效錄制345 11.3.4 編碼和解碼通信信息346 11.4 1位D

AC 347 11.5 I2S 349 11.6 Raspberry Pi聲音輸入/輸出350 11.6.1 音頻輸出插孔350 11.6.2 HDMI350 11.7 Raspberry Pi的聲音351 11.7.1 Raspberry Pi板載聲音351 11.7.2 處理Raspberry Pi的聲音351 第12章 輸入/輸出359 12.1 輸入/輸出簡介 359 12.2 I/O使能器 362 12.2.1 通用串行總線363 12.2.2 USB有源集線器365 12.2.3 以太網367 12.2.4 通用異步收發器368 12.2.5 小型計算機系統接口368 12.2.6

PATA 369 12.2.7 SATA 369 12.2.8 RS-232串口 370 12.2.9 HDMI 370 12.2.10 I2S 371 12.2.11 I2C 371 12.2.12 Raspberry Pi顯示器、攝像頭接口和JTAG 372 12.3 Raspberry Pi GPIO 373 12.3.1 GPIO概述以及博通SoC 373 12.3.2 接觸GPIO 374 12.3.3 可編程GPIO 380 12.3.4 可選模式385 12.3.5 GPIO實驗的簡單方法 385

Python樹莓派編程

為了解決linux usb格式化的問題，作者（美）沃爾弗拉姆·多納特 這樣論述：

本書將向你展示如何在你新買的、35美元的計算機上通過編程實現一個網絡機器人、氣象站或是媒體服務器等功能。你將會通過一些簡單的實例和有趣的項目學到如何在樹莓派上通過Python進行編程。本書適合於那些想要在諸如樹莓派這樣有趣的平台上學習Python並且在學習過程中掌握一些電子技能的讀者。雖然我們並不要求有編程基礎或者Linux技能，但是如果接觸過Linux的話將會有很大幫助。沃爾弗拉姆·多納特（WolframDonat），一位計算機工程師、作者、程序員，他對機器人、電子動畫、自動化以及嵌入式系統都有着濃厚的興趣。目前，他與妻子、兒子居住在阿拉斯加的安克雷奇。韓德強，高級工程師，研究生導師。現擔任

北京工業大學計算機學院實驗中心主任，長期從事嵌入式系統、物聯網方面的教學、科研、產品開發等工作。從事教學工作前具有十二年x86工控機主板開發、控制工程研發經歷。同時還擔任中國計算機學會嵌入式系統專委會委員，北京嵌入式系統聯誼會委員，中國軟件行業協會嵌入式系統分會理事，教育部和工信部主辦的「英特爾杯全國大學生電子競賽——嵌入式專題邀請賽」專家組成員，教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會主辦的「全國大學生物聯網設計競賽（TI杯）」組委會副主任及華北賽區負責人，中文核心期刊《電子技術應用》編委，「教育部一微軟精品課程建設項目」嵌入式系統課程負責人，「教育部一英特爾產學合作專業綜合改革項目」嵌入式

技術課程設計，「教育部一英特爾精品課程建設項目」嵌入式體系結構課程負責人，北京市精品教材建設項目負責人。2006年獲「北京優秀青年工程師」榮譽稱號，多次獲微軟全球最有價值專家（MVP）稱號。 譯者序前言第1章 樹莓派簡介11.1樹莓派的歷史21.2探索樹莓派51.2.1SD卡51.2.2電源61.2.3HDMI接口61.2.4以太網口和USB接口61.2.5音頻和RCA視頻插孔71.2.6GPIO引腳71.2.7片上系統71.2.8樹莓派同相似設備之間的對比81.3樹莓派的硬件需求81.3.1通電81.3.2添加顯示器91.3.3添加USB集線器91.3.4使用USB無線網

絡適配器101.4樹莓派操作系統111.4.1格式化SD卡111.4.2使用NOOBS111.5連接外圍設備121.6配置樹莓派121.7關閉樹莓派141.8總結14第2章 輕松掌握Linux152.1開始使用樹莓派的Linux162.1.1Linux文件和文件系統172.1.2root用戶與sudo182.2命令182.3練習：在Linux文件系統內進行導航222.4Linux中的shell232.5包管理器242.6文本編輯器252.6.1vim、emacs與nano262.6.2Leafpad292.7總結30第3章 Python介紹313.1腳本語言與程序設計語言313.2Python

語言的理念333.3Python入門343.3.1通過IDLE運行Python343.3.2通過終端運行Python373.3.3通過腳本運行Python373.3.4探究Python的數據類型383.4利用Python進行編程443.4.1if測試453.4.2循環473.4.3函數483.4.4對象和面向對象編程493.5總結50第4章 電子知識大科普514.1基本電路常識524.2開發所需要的工具534.2.1螺絲刀544.2.2鉗子和剝線鉗544.2.3鋼絲鉗554.2.4銼刀554.2.5放大鏡燈554.2.6熱膠槍564.2.7各類膠水564.2.8萬用表564.2.9電源574.

2.10實驗板574.2.11插線板584.2.12電烙鐵594.3一般的安全規則604.3.1認真對待溫度604.3.2認真對待鋒利的物體604.3.3帶安全鏡614.3.4准備好滅火器614.3.5在手邊放置一個急救包614.3.6在通風的環境下工作624.4整理好你的工作環境624.5福利：焊接技術634.6總結64第5章 網絡機器人655.1機器人禮儀665.2網絡的連接675.2.1網絡通信協議675.2.2網頁格式685.2.3請求舉例685.3網絡機器人的概念695.4解析網頁705.5利用Python模塊編碼715.5.1使用Mechanize模塊715.5.2用Beautif

ul Soup解析725.5.3利用urllib庫下載725.6決定下載的內容735.6.1選擇起點735.6.2存儲文件745.7編寫Python網絡機器人745.7.1讀取一個字符串並提取所有鏈接755.7.2尋找並下載文件755.7.3測試網絡機器人765.7.4創建目錄並實例化一個列表775.8最終代碼795.9總結80第6章 氣象站816.1零件購物清單826.2使用I2C協議836.3使用風速計846.3.1構造風速計856.3.2將風速計與樹莓派連接876.3.3根據風速糾正的每秒轉數886.4連接數字指南針906.5連接溫度／濕度傳感器926.6連接氣壓計946.7連接所有部件

956.8最終代碼976.9總結98第7章 媒體服務器997.1零件購物清單997.2使用NTFS格式的硬盤1007.3安裝Samba1027.3.1配置Samba1037.3.2Linux權限設置1057.3.3修復單引號錯誤1067.3.4重新啟動Samba服務1067.4與Linux／OSX連接1077.5Python在哪1087.6總結109第8章 家庭安防系統1108.1用於安防的狗1118.2用於安防的樹莓派1118.3使用傳感器網絡1128.3.1了解下拉電阻1128.3.2零件購物清單1138.3.3以無線方式連接你的家庭網絡1138.3.4訪問GPIO引腳1168.3.5設置

運動傳感器1188.3.6設置磁簧開關1198.3.7設置壓力開關1218.3.8連接磁傳感器1218.3.9設置樹莓派的攝像機1228.3.10利用樹莓派發送短信1238.3.11實現回調1248.4連接所有的部件1248.5最終代碼1258.6總結126第9章 貓玩具1279.1零件購物清單1279.2玩具背后的設計理念1289.3創建和使用隨機數1299.4使用GPIO庫1309.5控制舵機1329.6構建舵機結構1349.7構建激光結構1359.8將激光連接到舵機上1379.9連接運動傳感器1389.10連接所有的部件1409.11最終代碼1429.12總結143第10章 無線電遙控飛

機14410.1零件購物清單14510.2將GPS接收器連接至樹莓派14610.3設置日志文件14810.4格式化KML文件14910.5使用線程和對象15010.6設置自啟動15210.7連接所有部件15310.8最終代碼15610.8.1飛機飛行程序15710.8.2KML轉換程序15710.9總結158第11章 氣象氣球15911.1零件購物清單16011.2設置GPS接收器16011.3存儲GPS數據16211.4安裝PiFM16311.5安裝festival16411.6安裝FFMPEG16411.7准備樹莓派16511.8使用線程和對象16611.9連接所有部件16711.10觀察

照片結果16911.11最終代碼17011.12總結171第12章 潛水器17212.1零件購物清單17312.2訪問樹莓派的GPIO引腳17412.3安裝樹莓派攝像頭模塊17612.4控制潛水器17712.4.1連接Wiichuck適配器17812.4.2激活樹莓派的I2C17912.4.3測試nunchuk18012.4.4從nunchuk讀取數據18112.4.5通過nunchuk控制潛水器電機和攝像頭18412.5遠程啟動程序18612.6最終的控制程序18812.7最終代碼18812.8構造潛水器19012.8.1構建框架19112.8.2構建樹莓派的外殼19112.8.3電機的防水

外殼19112.8.4連接至nunchuk19312.8.5裝配最終的產品19412.9總結197第13章 Gertboard開發板19813.1檢查擴展板19913.1.1GPIO引腳19913.1.2Atmega芯片20013.1.3ADDA轉換器20113.1.4110部分」20113.1.5電機控制器20213.1.6集電極開路驅動器20313.1.7跳帽20413.2示例項目20513.2.1配置初步跳帽的設置20513.2.2點亮LED燈20613.2.3用電機控制器進行實驗20813.2.4使用集電極開路驅動器20813.2.5使用數字／模擬轉換器20913.3總結210第14章

樹莓派和Arduino21114.1探索Arduino21214.2在樹莓派中安裝ArduinoIDE21314.3控制舵機21814.4Arduino和Gertboard21914.5總結220

具語音提示之統一發票自動對獎機

為了解決linux usb格式化的問題，作者林柏年 這樣論述：

基於現行統一發票在大量對獎時費時費力且易發生人為誤判，本文提出一套基於中華民國收銀機式統一發票之自動對獎系統。基於PC平台開發環境完善、資源取得容易，且操作介面便利，故本論文於第一階段於PC平台進行初步實驗設計與驗證，進行發票影像特徵萃取、訓練，並進行工具程式開發、辨識程式實作。此外嵌入式平台具有體積小、攜帶方便的優點，因此第一階段有不錯成果後，於第二階段進行移植至嵌入式平台，並以嵌入式平台獲取之發票影像為基礎，研究適合嵌入式平台的發票影像辨識理論、實作方法。主要技術有：整合網路資訊擷取技術(連線至網路取得發票開獎號碼)、影像擷取辨識技術(取得發票影像、影像二值化、影像框取、影像特徵萃取、影

像辨識)、人性化語音提示介面(系統語音操作訊息提示)、螢幕即時顯示辨識之發票結果，完整實現一套高效率的具語音提示之發票自動對獎系統。完成後之系統不僅創意佳且具實用價值，甚者非常適合於年長者族群或有大量對獎需求之單位或慈善機構等。