单片机原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:希望电子

作者:徐安

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2003-2-1

价格:25.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787900101679

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 原理
• 应用
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 微控制器
• C语言
• 汇编语言
• 硬件设计
• 实践教程

《现代嵌入式系统设计与实践》 （面向物联网、人工智能和工业控制应用） 图书简介 在数字化浪潮席卷全球的今天，嵌入式系统已成为连接物理世界与信息世界的关键桥梁。它们不再是单纯的“微控制器在箱子里”，而是具备高度集成性、实时响应能力和网络连接能力的智能核心。本书《现代嵌入式系统设计与实践》旨在为读者，无论是电子工程、计算机科学专业的学生，还是希望深入掌握前沿嵌入式技术、驱动产品创新的工程师，提供一套全面、深入且极具实战指导价值的知识体系。 本书的撰写立足于当前业界对高性能、低功耗、高可靠性嵌入式平台日益增长的需求，并紧密结合物联网（IoT）、边缘计算、人工智能加速以及工业自动化等热点领域的前沿技术。我们刻意避开了对特定、传统单片机架构的细致讲解（如读者所提及的特定基础教材内容），而是将重点聚焦于如何驾驭新一代的异构多核处理器、实时操作系统（RTOS）的深度应用，以及面向复杂任务的系统级设计方法论。 第一部分：新一代嵌入式处理器架构解析与选型策略 本部分将彻底摒弃基础的冯·诺依曼或哈佛结构概念的重复讲解，直接切入现代嵌入式系统的核心驱动力——异构计算单元。 1. 异构处理器体系结构深入 我们将详尽分析当前主流高性能嵌入式SoC（System-on-Chip）的内部构成。这包括： Cortex-A 系列应用处理器：重点剖析乱序执行、多级缓存一致性协议（如MESI/MOESI）在提升系统吞吐量中的作用，以及如何利用MMU（内存管理单元）实现复杂的内存保护和虚拟化。 Cortex-M 系列实时微控制器：侧重于M33/M55内核的TrustZone安全扩展，以及如何利用嵌套向量中断控制器（NVIC）实现纳秒级的确定性实时响应，这对于工业控制至关重要。 专用加速单元（Accelerator Cores）：深入探讨GPU（图形处理单元）、DSP（数字信号处理器）以及专用的NPU（神经网络处理单元）的工作原理、数据流管理和异构任务调度机制。 2. 内存层级与总线架构优化 现代系统性能的瓶颈往往在于数据搬运而非计算本身。本章将详细介绍： 片上总线协议：对比AXI4、ACE和APB等不同带宽、延迟和一致性要求的总线协议，以及它们在片上资源互联中的优化策略。 DDR/LPDDR内存控制器：讲解时序参数（CAS Latency, RAS to CAS Delay）对系统性能的影响，以及如何通过DMA（直接内存访问）控制器有效卸载CPU的数据传输负担。 3. 系统级选型与功耗预算 本书强调基于应用场景进行硬件选型。我们将提供一套系统的评估框架，指导读者如何在性能、功耗、成本和开发周期之间找到最佳平衡点，特别是在电池供电的边缘设备设计中。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与嵌入式Linux的深度整合 本书认为，脱离操作系统谈论复杂嵌入式应用是缺乏现实意义的。我们将重点放在如何有效管理资源和确保任务的确定性。 1. RTOS核心机制的工程实践 我们不只是介绍信号量和互斥锁，而是聚焦于RTOS在现代多核环境下的挑战： 高优先级反转（Priority Inversion）的缓解策略：详细介绍优先级继承协议（PIP）和优先级天花板协议（PCP）在实际代码中的应用。 时间触发（Time-Triggered）调度：针对高可靠性系统（如汽车电子），介绍基于TDMA（时间域多址）的调度框架，确保任务调度的确定性。 微内核与宏内核的架构选择：对比FreeRTOS、Zephyr、VxWorks等主流RTOS在内存占用、中断延迟和驱动模型上的差异。 2. 嵌入式Linux的驱动开发与内核定制 对于需要复杂网络协议栈、文件系统和图形界面的应用，嵌入式Linux是首选。本书的侧重点在于： 内核空间与用户空间的交互：深度解析字符设备驱动、I/O控制（ioctl）和/dev接口的原理。 设备树（Device Tree）的编译与应用：讲解如何通过Device Tree描述硬件拓扑，实现硬件与内核的解耦。 实时补丁与PREEMPT_RT：介绍如何通过实时补丁来增强标准Linux内核的实时性，使其能够满足中等到高要求的硬实时任务。 第三部分：面向AIoT的系统软件栈与数据流处理 本部分直接面向当前最热门的应用趋势，探讨如何构建一个能够感知、分析并做出决策的智能嵌入式终端。 1. 边缘AI推理引擎的部署 模型量化与剪枝：探讨如何将浮点型训练模型优化为适用于低功耗硬件的定点或INT8模型，大幅减少内存占用和推理延迟。 硬件加速器的编程接口：学习如何使用特定的SDK（如OpenCL、特定供应商的NPU API）来高效调度GPU或NPU资源执行矩阵运算。 推理框架的移植与裁剪：实践TensorFlow Lite Micro、PyTorch Mobile等框架在资源受限环境下的部署与优化。 2. 安全启动与固件更新（OTA） 在物联网设备面临网络攻击的背景下，安全性是基石。 信任根（Root of Trust, RoT）的建立：讲解如何利用SoC内部的硬件安全模块（HSM）实现防篡改的初始安全启动流程（Secure Boot）。 差分OTA机制：设计高效、可靠的固件空中下载方案，确保在断电或网络中断时，系统仍能回滚到稳定版本（A/B分区策略）。 3. 工业通信协议栈实现 针对工业控制场景，我们将详细介绍如何高效实现主流的工业网络协议，而非仅仅停留在理论层面： EtherCAT/PROFINET协议栈的嵌入式实现：重点关注时间同步和确定性数据帧的收发机制。 TSN（时间敏感网络）在现代以太网控制器中的配置与调试。 第四部分：高可靠性与系统调试方法论 系统的稳定运行是嵌入式设计的生命线。本书将超越基础的串口调试，转向专业的系统级故障诊断。 1. 硬件调试与故障定位 JTAG/SWD的高级应用：不仅用于烧录，更用于设置复杂的硬件断点、观察寄存器状态和追踪总线事务。 逻辑分析仪与示波器的协同诊断：如何利用高精度时序分析工具，捕获并验证中断延迟、SPI/I2C时序是否符合规范。 2. 内存泄漏与并发错误分析 对于复杂的嵌入式Linux或RTOS应用，内存和并发问题是“幽灵般”的杀手。 内存泄漏检测工具链：实战使用Valgrind、MALLOC_HOOK等技术定位内存碎片和泄漏。 系统级卡死分析：讲解如何配置Watchdog Timer（看门狗）并利用Hard Fault Handler捕获异常向量，生成崩溃转储（Crash Dump）进行离线分析。 本书的最终目标是培养读者从“会用”到“精通”的转变，构建一个能够在面对前沿技术挑战时，能够独立进行系统级架构设计、优化和故障排除的现代嵌入式系统工程师。它是一本面向未来、聚焦于高性能与高可靠性应用的系统工程手册。

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