μPSD32XX高速SOC51单片机原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:金之诚

出品人:

页数:332

译者:

出版时间:2005-1-1

价格:29.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302096993

丛书系列:

图书标签:

• μPSD32XX
• SOC51
• 单片机
• 高速
• 原理
• 应用
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 软件开发
• 技术教程
• 微控制器

深入探索现代嵌入式系统开发：基于高性能异构计算平台的设计与实践 本书简介 随着物联网（IoT）、人工智能（AIoT）以及边缘计算技术的飞速发展，对嵌入式系统的性能、功耗和实时性提出了前所未有的挑战。传统的单一内核微控制器架构已难以满足复杂应用场景的需求。本书旨在提供一个全面、深入且极具实践指导意义的框架，专注于当前业界前沿的高性能异构计算平台的设计、实现与应用开发。 本书的视角超越了单一芯片的内部结构解析，而是聚焦于如何利用多处理器协同工作、硬件加速器以及复杂的系统级互连，来构建下一代智能嵌入式设备。我们将以一个高度抽象化的、代表行业主流趋势的高性能通用异构计算平台（HG-HCP）为蓝本，系统性地讲解从硬件架构选择到软件栈优化的全流程。 第一部分：异构计算架构基础与平台选型 本部分是理解现代嵌入式系统复杂性的基石。我们首先剖析了异构计算的核心概念，包括数据级并行（Data Parallelism）与任务级并行（Task Parallelism）的区分，以及它们在嵌入式场景中的应用。 1. 计算单元的多元化演进： 详细分析了主流的高性能计算单元类型。这包括但不限于：高性能中央处理单元（HPC-CPU，具备乱序执行和复杂分支预测能力）、实时控制单元（RT-MCU，侧重确定性和低延迟）、向量处理单元（VPU/SIMD扩展，用于密集数据操作）以及专用的领域特定架构（DSA），如图形处理单元（GPU/NPU）的精简版本在嵌入式环境中的部署策略。我们将深入探讨这些单元之间的协同调度机制与资源隔离技术，这是实现系统级高能效比的关键。 2. 系统级互连与内存层次结构： 现代SoC的瓶颈往往在于数据搬运而非纯粹的计算能力。本书详细阐述了片上互连总线（如AXI/NoC的演进版本）的设计哲学，重点关注一致性缓存协议（Cache Coherency Protocols）在多核环境下的复杂性与优化方法。此外，我们还探讨了异构内存架构（如HBM的简化版、高带宽片上SRAM池）的访问策略，包括数据局部性分析和预取机制的设计，以最大化内存带宽利用率。 3. 电源管理与能效优化（PPM）： 性能的提升必须伴随严格的功耗控制。我们将探讨多电压域（Multi-Voltage Domains）和动态频率与电压调节（DVFS）策略，不仅仅停留在理论层面，而是结合实际的硬件实现案例，讲解如何根据任务负载动态地调整不同处理单元的工作状态，实现“性能/功耗”帕累托前沿的探索。 第二部分：底层软件栈的构建与移植 构建在复杂硬件之上的软件层，必须具备高度的模块化和可移植性。本部分侧重于操作系统和驱动程序的底层适配。 1. 实时操作系统（RTOS）与混合内核的整合： 针对HG-HCP平台，我们重点研究了如何在一个系统中有效地集成一个高性能Linux内核（用于复杂任务和用户界面）和一个轻量级、确定性的RTOS（用于关键控制回路）。内容涵盖Hypervisor（管理程序）在系统启动和资源虚拟化中的作用，以及如何安全地在两个OS之间进行任务切换和中断处理。 2. 异构驱动模型与中间件： 阐述了面向异构资源的统一编程接口（API）的设计，例如OpenCL或类似技术的嵌入式精简版本。我们将介绍如何设计一个通用的设备树（Device Tree）描述符，使上层应用无需关心底层硬件的具体实现，即可调度到CPU、DSP或FPGA逻辑上执行。 3. 启动序列与固件更新机制（FOTA）： 深入分析复杂SoC的安全启动（Secure Boot）流程，包括信任根（Root of Trust）的建立、镜像验证和加密解密过程。同时，针对大规模部署的需求，设计和实现健壮的空中固件更新（FOTA）方案，确保在断电或网络不稳情况下依然能够安全、原子性地完成系统升级。 第三部分：高级应用开发与系统性能调优 本部分将理论知识转化为实际的应用能力，关注如何利用平台特性解决实际工程难题。 1. 并行化编程模型与同步机制： 探讨了适合嵌入式异构环境的并行编程范式，如任务图（Task Graph）调度。我们将对比线程同步（Mutex, Semaphore）与更适合数据流的同步机制（如消息队列、屏障 Barrier），并提供死锁检测与预防在多核系统中的实践经验。 2. 实时数据流处理链的构建： 以一个典型的传感器数据融合或视觉处理任务为例，演示如何将整个处理流程分解，并智能地分配给不同的处理单元。例如，图像预处理在VPU上完成，特征提取和AI推理放在NPU上，而系统状态管理和通信协议栈则由RT-MCU处理。核心在于延迟分析和抖动（Jitter）控制。 3. 系统级性能度量与分析工具链： 强调“度量胜于猜测”。本书介绍了一套专为异构系统设计的性能分析工具集，包括硬件性能计数器（HPC）的读取与解释，以及跨多个处理单元的时间戳关联分析（Timeline Correlation）技术。通过实际案例演示如何定位系统瓶颈——是计算受限、内存带宽受限，还是I/O延迟过高。 目标读者 本书面向具有一定微控制器或嵌入式Linux基础的电子工程、计算机科学、自动化专业的学生、研究人员以及希望从传统嵌入式开发转向高性能、智能化边缘计算领域的工程师。它要求读者具备C/C++编程能力，并对数字电路和操作系统原理有初步了解。本书旨在帮助读者建立起一套完整的、面向未来异构架构的系统设计思维。

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