C/C++语言硬件程序设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西安电子科技大学出版

作者:张勇

出品人:

页数:260

译者:

出版时间:2003-5-1

价格:22.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787560611907

丛书系列:

图书标签:

• /C++语言硬件程序设计
• 1
• C/C++
• 嵌入式
• 硬件编程
• 底层开发
• 单片机
• 驱动开发
• 系统编程
• 实践
• 教程
• 工程实践

《嵌入式系统基础与实践：从硬件到软件的全面解析》 本书导览： 本书旨在为读者提供一个全面且深入的嵌入式系统设计与实现框架。在当前电子设备日益智能化、互联化的时代背景下，理解嵌入式系统的核心原理、掌握必要的软硬件协同开发技能，已成为电子工程、计算机科学及相关领域专业人士的必备能力。本书摒弃了对单一语言特性的过度纠缠，转而聚焦于如何利用成熟的工程实践方法论，将理论知识转化为可靠、高效的实际产品。我们着重探讨在资源受限的环境下，如何进行系统级的架构设计、高效的资源管理以及可靠的实时任务调度。 第一部分：嵌入式系统概论与微控制器架构 本部分将系统地介绍嵌入式系统的定义、发展历程及其在现代工业、消费电子和物联网（IoT）中的关键角色。我们将深入剖析主流微控制器（MCU）的内部结构，这包括但不限于存储器层次结构（闪存、SRAM、EEPROM）、总线架构（如AHB、APB）以及各种片上外设的原理。 微控制器核心： 详细讲解精简指令集计算（RISC）和复杂指令集计算（CISC）在嵌入式领域中的应用差异。重点分析流水线技术、缓存机制对实时性能的影响。不再侧重于特定编译器的汇编输出，而是强调处理器执行模型如何影响代码优化策略。 存储器管理与映射： 阐述内存映射I/O（MMIO）的概念，解释寄存器如何通过内存地址进行访问和控制。讨论静态和动态存储分配在嵌入式场景中的优缺点，并介绍代码段、数据段（已初始化和未初始化）在目标硬件上的物理布局。 时钟与复位管理： 深入研究系统时钟树的配置，包括PLL（锁相环）的工作原理、预分频器和后分频器的设置，以及如何确保系统在不同工作模式下满足时序要求。分析上电复位（POR）和看门狗复位（WDT）机制在保证系统启动稳定性和运行时容错性中的作用。 第二部分：驱动程序开发与外设交互 本部分是实践经验的积累，专注于如何编写稳定、高效的设备驱动程序，实现对底层硬件的精确控制。我们将采用模块化和分层设计思想，确保驱动代码的可移植性和可维护性。 通用输入/输出（GPIO）： 不仅介绍如何设置输入输出模式和翻转引脚，更深入探讨同步/异步中断的配置、去抖动技术（软件和硬件实现）以及引脚的电气特性（如上下拉电阻、开漏/推挽输出）。 定时器与脉冲宽度调制（PWM）： 详细阐述通用定时器、捕获/比较单元的功能。重点讲解如何利用定时器实现精确的时间测量、周期性中断以及生成高质量的PWM信号，并分析不同计数模式（向上、向下、中心对齐）对应用场景的影响。 串行通信协议栈： 全面解析UART、SPI和I2C三种主要同步/异步通信协议的硬件实现细节、时序要求和握手机制。对于SPI，我们将深入讨论主从模式切换、数据帧格式化和时钟极性/相位（CPOL/CPHA）的匹配。对于I2C，则重点关注仲裁机制、时钟拉伸和多主控环境下的冲突解决。 模数转换（ADC）与数模转换（DAC）： 探讨采样理论在嵌入式系统中的应用，包括奈奎斯特频率、量化误差和有效位数（ENOB）。分析不同ADC转换模式（单次、连续、扫描）的选择与配置，以及DAC输出的建立时间与建立精度。 第三部分：实时操作系统（RTOS）与并发控制 本部分是构建复杂、多任务嵌入式应用的核心。我们将超越简单的裸机编程，引入实时操作系统的概念，探讨任务调度、资源同步和通信的工程方法。 任务管理与调度： 区分抢占式、协作式和时间片轮转调度策略。重点分析固定优先级反转问题，以及优先级继承/优先级天花板协议在解决此问题上的应用。介绍任务状态迁移的完整生命周期。 同步与互斥机制： 深入剖析信号量（计数型和二进制型）、互斥锁（Mutex）的工作原理和正确使用场景。强调避免死锁的设计原则，以及如何利用屏障（Barrier）实现多任务同步等待。 进程间通信（IPC）： 探讨消息队列、事件标志组和软件事件标志在不同任务间传递数据和通知的效率与安全性。分析直接任务通信与间接通信的适用性。 中断服务程序（ISR）设计： 讲解ISR的设计规范，包括最小化ISR执行时间、上下文保存与恢复机制，以及如何安全地从ISR向高优先级任务传递信息，避免锁和长时间阻塞的调用。 第四部分：系统集成、调试与质量保证 一个成功的嵌入式项目不仅依赖于代码的正确性，更依赖于系统的健壮性和可维护性。本部分关注从原型到量产的全过程中的关键工程实践。 固件升级（OTA/FOTA）： 设计可靠的启动加载器（Bootloader）结构，实现安全的应用程序分区管理、校验和验证机制，确保在网络不稳定或断电情况下升级过程的原子性。 功耗管理与低功耗模式： 分析MCU在不同操作状态下的电流消耗特性。掌握进入和退出睡眠（Sleep）、深度睡眠（Deep Sleep）、待机（Standby）等低功耗模式的时序要求，并结合外部时钟源和外设门控技术实现动态功耗优化。 调试与追踪技术： 介绍JTAG/SWD接口的底层通信协议，学习如何使用硬件断点、观察点（Watchpoints）进行程序流控制和数据监控。探讨逻辑分析仪在时序分析和协议验证中的关键作用。 错误处理与鲁棒性设计： 讨论异常处理（如硬错误、总线错误）的捕获与恢复策略。引入断言（Assertion）在开发阶段的价值，并设计运行时错误日志记录机制，用于现场故障诊断。 总结： 本书的结构设计旨在培养读者从系统层面思考问题的能力。我们侧重于那些在任何主流嵌入式平台（无论基于ARM Cortex-M、RISC-V还是其他架构）上都通用的核心概念和工程准则。通过对硬件抽象层（HAL）设计理念的阐述，读者将能更快速地适应新的芯片平台，构建出高性能、低延迟、高可靠性的嵌入式应用。学习本书后，您将具备构建下一代智能设备所需的技术深度和工程广度。

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对于一个长期与汇编打交道的开发者来说，想要优雅地转向现代C++进行硬件开发，往往会面临工具链配置、ABI兼容性以及性能损失等诸多挑战。这本书完美地解答了这些痛点。它用极其细腻的笔触解释了C++的虚函数表（vtable）在内存中的布局，以及它对实时性能的影响，并提供了避免或优化这些开销的策略。更值得称赞的是，书中对特定微控制器架构（虽然没有明确指出是哪种，但其描述具有普遍性）的启动过程、链接脚本的定制化以及固件升级（OTA）的初步概念进行了介绍，这些都是教科书通常会跳过、但在实际工作中至关重要的知识点。阅读此书，就像是获得了一份顶尖工程师的私有笔记，它不仅传授了技术，更传递了一种严谨、高效的工程哲学。

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坦白讲，市面上关于C/C++的书籍浩如烟海，但真正能让人在硬件设计层面有所突破的却凤毛麟角。这本《C/C++语言硬件程序设计》的出现，无疑为这个领域注入了一股清流。它的叙述风格极其注重逻辑的连贯性，仿佛在引导读者一步步搭建一个复杂的数字系统。我特别欣赏它对面向对象编程（OOP）在嵌入式环境中的应用探讨，书中详细论述了如何用C++的类和模板来封装硬件抽象层（HAL），既保持了代码的模块化和可维护性，又避免了C++特性可能带来的不必要的运行时开销。书中对中断服务程序（ISR）的设计原则和优先级管理的详尽分析，也让我对实时操作系统的调度机制有了更深层次的理解。这本书的实践性极强，几乎每一章后面都有需要动手操作的练习，确保知识能被有效吸收和应用。

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这本书的视角非常独特，它成功地架设了高级语言特性（C/C++）与底层硬件逻辑之间的桥梁。我尤其喜欢它在讲解异常处理和看门狗定时器（Watchdog Timer）集成部分时的严谨态度。作者并没有把这些安全机制仅仅视为“代码片段”来展示，而是深入剖析了它们在系统崩溃时如何恢复运行，以及如何从硬件层面对其进行配置和复位。这套方法论使得我对自己编写的代码的健壮性有了全新的认识。在阅读过程中，我尝试着将书中的一些I2C或SPI通信协议的C++实现移植到我现有的项目上，结果发现效率和稳定性都有显著提升。对我而言，这本书最大的价值在于它培养了一种“硬件思维”，让我不再局限于代码层面，而是开始思考代码运行在真实物理环境中的每一个时钟周期。

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这本关于C/C++硬件程序设计的书，读完之后，我感觉自己仿佛经历了一次对底层世界深入的探索。书中的内容结构非常清晰，从基础的编程概念入手，逐步深入到与硬件交互的复杂细节。作者似乎非常擅长将晦涩难懂的底层知识用生动易懂的方式呈现出来。我特别欣赏它在内存管理和指针操作方面的讲解，那些曾经让我头疼不已的概念，在这本书的阐述下变得豁然开朗。尤其是关于寄存器操作和中断处理的部分，让我对嵌入式系统的工作原理有了更直观的认识。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一本实践指南，书中穿插的实例代码和调试技巧，对于正在进行硬件驱动开发或者需要优化程序性能的读者来说，价值巨大。它不仅教会了我们“如何做”，更重要的是教会了我们“为什么这样做”，这种深入的理解是许多其他书籍所不具备的。总的来说，这是一部非常扎实、对读者有巨大帮助的专业著作。

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我是在寻求提升嵌入式系统编程能力的过程中偶然接触到这本C/C++硬件程序设计书籍的。坦率地说，我原本对C++在硬件层面的应用抱有一些怀疑，但这本书彻底改变了我的看法。它没有停留在泛泛而谈的理论层面，而是直接切入了I/O端口的直接访问、DMA（直接内存访问）的实现细节，甚至还涉及到了跨平台编译的复杂性。作者在处理多线程同步和实时性要求时展现出的专业素养令人印象深刻，很多章节的讲解都带着一种“过来人”的经验总结，避免了许多初学者容易陷入的陷阱。阅读体验上，这本书的排版和图示设计也值得称赞，复杂的时序图和架构示意图，极大地降低了理解难度。虽然部分涉及汇编语言的章节对我来说略显挑战，但我相信对于有志于深入底层开发的工程师来说，这些内容是不可或缺的宝贵财富。这本书的深度和广度，绝对配得上“经典”二字。

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