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出版者:电子工业出版社

作者:休特

出品人:

页数:328

译者:张晓林

出版时间:2003-4

价格:39.0

装帧:平装

isbn号码:9787505386686

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式
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嵌入式系统固件揭秘：深入探索硬件底层逻辑与软件交互的奥秘 在当今数字化的浪潮中，我们所依赖的智能设备、自动化系统，乃至工业控制和通信网络，无不深深植根于“嵌入式系统”的强大支撑。而隐藏在这类系统核心，驱动其运转并实现特定功能的，正是我们常常提及却又鲜少深入了解的“固件”。《嵌入式系统固件揭秘》旨在为读者提供一个全面而深入的视角，揭示嵌入式系统固件的本质、构成、开发流程及其在现代科技中所扮演的关键角色。 本书并非浅尝辄止地罗列枯燥的代码片段，而是着力于构建一个完整的知识体系，帮助读者理解固件是如何从无到有，如何与硬件精密协作，最终赋予设备生命力的。我们将从最基础的层面出发，逐层剖析固件的各个组成部分，包括但不限于： 一、固件的基石：微控制器与硬件架构 在深入固件之前，理解承载它的硬件载体至关重要。本书将首先介绍嵌入式系统中最为核心的微控制器（Microcontroller Unit, MCU）的工作原理。我们将探讨不同类型的MCU架构，如ARM、RISC-V等，以及它们的核心组件，如CPU、内存（RAM、ROM、Flash）、外设接口（GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC等）以及时钟系统。详细阐述CPU如何执行指令，内存如何存储数据和程序，以及各种外设如何与CPU交互，为后续固件的编写和理解奠定坚实的硬件基础。 二、固件的灵魂：程序指令与编译链接 固件本质上是一系列由CPU能够直接执行的机器指令。本书将引导读者理解高级编程语言（如C语言）是如何被转化为机器指令的。我们将深入探讨编译（Compilation）、汇编（Assembly）和链接（Linking）的过程，解析编译器和汇编器的工作机制，理解目标文件（Object File）和可执行文件（Executable File）的生成，以及链接器如何解决符号引用和地址分配问题。同时，我们将介绍嵌入式开发中常用的链接脚本（Linker Script）的作用，它如何精确地将程序代码和数据放置到MCU的特定内存区域，确保固件能够正确地在硬件上运行。 三、固件的骨骼：启动流程与初始化 当嵌入式设备通电后，固件的启动流程是实现其功能的第一步。本书将详细解析嵌入式系统的启动过程，从上电复位（Power-on Reset）开始，经历引导加载程序（Bootloader）的执行、中断向量表的设置、硬件初始化，直至主应用程序的运行。我们将深入剖析Bootloader的作用，它如何负责初始化关键硬件，加载主固件到RAM，并跳转到主程序入口。理解这一过程，是把握整个固件执行脉络的关键。 四、固件的神经系统：实时操作系统（RTOS） 对于大多数复杂的嵌入式系统而言，裸机开发往往难以满足其功能需求。实时操作系统（RTOS）的引入，为嵌入式系统带来了多任务处理、任务调度、资源管理和通信机制等核心能力。本书将全面介绍RTOS的概念、设计原则和核心组件，如任务（Task/Thread）、任务调度器（Scheduler）、任务控制块（TCB）、信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）、事件标志组（Event Flags）等。我们将通过实际案例，展示如何利用RTOS有效地管理并发任务，实现系统的高效运行和响应。 五、固件的血肉：驱动程序与库函数 固件的最终目的是驱动硬件完成特定功能。本书将深入探讨驱动程序（Driver）的设计与实现。我们将解析如何编写通用的驱动程序，以适配不同的硬件外设。从GPIO的控制到ADC的读写，从UART的通信到SPI、I2C的总线驱动，我们将一步步揭示驱动程序与硬件寄存器之间的映射关系，以及如何利用中断（Interrupt）和轮询（Polling）等机制来高效地与硬件交互。此外，我们还将介绍常用的硬件抽象层（HAL）和标准库函数，它们如何简化开发流程，提高代码的可移植性。 六、固件的智慧：应用逻辑与算法 除了底层的硬件控制，固件还承载着具体的应用逻辑和算法。本书将从实际应用的角度出发，探讨各种嵌入式系统固件中常见的算法和设计模式。例如，在传感器数据采集系统中，我们将介绍数据滤波、采样率控制等算法；在通信系统中，我们将探讨数据编码、协议解析等关键技术；在控制系统中，我们将分析PID控制、状态机等常用的控制算法。通过这些案例，读者将能更好地理解固件如何将复杂的理论转化为实际的运行功能。 七、固件的生命周期：调试与优化 开发过程中，调试是必不可少的一环。本书将介绍嵌入式固件的常用调试技术和工具，如使用调试器（Debugger）进行断点调试、单步执行、查看变量和内存；利用示波器、逻辑分析仪等硬件工具来分析信号时序和总线通信；以及通过日志输出（Logging）来追踪程序运行状态。同时，我们还将探讨固件的优化策略，包括代码效率优化、内存占用优化、功耗优化等，以确保固件在资源受限的嵌入式环境中高效稳定地运行。 八、固件的演进：更新与安全 随着技术的进步和需求的变更，固件的更新与维护也变得日益重要。本书将介绍固件更新（Firmware Update）的常见方式，如OTA（Over-The-Air）更新、USB更新等，以及相关的技术挑战和解决方案。同时，我们将触及固件安全性的议题，探讨如何防止固件被非法篡改和攻击，以及一些基本的安全加固措施。 《嵌入式系统固件揭秘》通过由浅入深、循序渐进的讲解，辅以丰富的理论阐述和潜在的实践指导，旨在为广大电子工程师、软件开发者、学生以及对嵌入式系统充满好奇心的读者，提供一个全面、系统且具有深度洞察力的知识体系。阅读本书，您将不再仅仅看到设备表面的功能，而是能够洞悉其内在的脉搏，理解软件与硬件是如何在固件的 orchestrate 下，协同奏响科技交响曲。

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拿到《嵌入式系统固件揭秘》这本书，我的第一反应就是它是否能帮我解决在实际开发中遇到的那些棘手问题。我平时主要负责一些物联网设备的固件开发，经常会遇到性能瓶颈和功耗优化的问题。书中的一些篇章，特别是关于内存管理和任务调度优化的部分，让我眼前一亮。作者通过图文并茂的方式，深入浅出地剖析了不同内存分配策略对系统性能的影响，以及如何根据具体应用场景选择最合适的调度算法。 我尤其欣赏书中关于调试技巧的探讨。在嵌入式开发中，调试往往是耗时且困难的环节。《嵌入式系统固件揭秘》提供了一些非常实用的调试方法和工具链的运用技巧，比如如何利用示波器和逻辑分析仪来定位硬件问题，以及如何高效地使用JTAG/SWD等调试接口。这些内容对我来说，简直是及时雨，希望能帮助我更快地找出固件中的bug，缩短开发周期。

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《嵌入式系统固件揭秘》这本书给我最深刻的印象是它对底层细节的“刨根问底”精神。我一直认为，要真正掌握嵌入式系统，就必须理解其硬件的运作方式，以及软件是如何与硬件进行交互的。书中关于设备驱动开发的章节，详细阐述了如何从寄存器级别开始编写驱动程序，这对于理解硬件抽象层（HAL）和标准库的底层逻辑非常有帮助。 作者在讲解驱动编写时，并没有回避那些枯燥的技术细节，反而将它们以一种清晰、易懂的方式呈现出来。他通过对几个典型外设（如UART、SPI、I2C）的驱动实现过程的演示，让我对如何与硬件直接打交道有了更深的体会。这种深入的讲解，让我感觉自己不仅仅是在学习固件编程，更是在学习如何与机器的“灵魂”对话。

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《嵌入式系统固件揭秘》这本书带给我最大的惊喜，是它对安全性的深入探讨。在如今物联网设备日益普及的背景下，固件安全已经成为一个不容忽视的问题。书中专门辟出章节讲解了固件安全漏洞的常见类型，以及如何防范这些漏洞。 我印象特别深刻的是关于固件更新和固件签名部分的介绍。作者详细解释了如何设计一个安全的固件更新机制，以防止恶意固件的注入，以及如何利用加密技术来保证固件的完整性和Authenticity。这些内容对于开发具有高安全要求的嵌入式产品至关重要，也让我对固件开发的责任有了更深刻的认识。

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说实话，在翻阅《嵌入式系统固件揭秘》之前，我对固件的认识更多停留在“让硬件动起来”这个层面。然而，这本书的内容远不止于此。它引入了许多关于软件工程在嵌入式系统中的应用，比如版本控制、单元测试、以及代码质量管理等。这些方面在我之前的开发过程中，虽然有所接触，但并不系统。 书中关于如何构建可维护、可扩展的固件架构的建议，让我受益匪浅。作者通过一些实际的例子，展示了如何使用设计模式来提高代码的复用性和可读性，以及如何进行模块化开发来降低项目的复杂性。这让我意识到，即使是资源有限的嵌入式系统，同样可以采用现代软件工程的最佳实践，从而提高开发效率和产品质量。

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这本书的名字确实吸引人，我一直对嵌入式系统这个领域有着浓厚的兴趣，尤其是固件开发，感觉那是整个系统的灵魂所在。拿到《嵌入式系统固件揭秘》这本书，我满怀期待地翻开，希望能够深入了解那些隐藏在硬件背后的逻辑是如何运转的。书中关于微控制器架构的介绍，虽然我之前也有所涉猎，但作者的讲解角度却提供了许多新的视角，比如他对不同指令集架构在功耗和性能上的权衡分析，让我对选择合适的微控制器有了更清晰的认识。 我特别关注了书中关于中断处理机制的章节，这一点对于实时性要求极高的嵌入式应用至关重要。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是结合了几个实际的案例，详细阐述了如何设计高效、可靠的中断服务程序，以及如何避免常见的竞态条件和死锁问题。他的讲解方式，如同一位经验丰富的工程师在现场手把手地教导，充满了实践指导意义。从我个人的经验来看，编写稳定可靠的固件，很多时候就取决于对中断和同步机制的深刻理解与熟练运用，这本书在这方面的深度和广度都给了我不少启发。

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翻译的很差。

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