VHDL应用开发技术与工程实践/电子电气设计与自动控制系列 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电出版社

作者:求是科技

出品人:

页数:281

译者:

出版时间:2005-1

价格:32.0

装帧:平装

isbn号码:9787115127181

丛书系列:

图书标签:

• VHDL
• 硬件描述语言
• FPGA
• 数字电路
• 电子设计
• 自动控制
• 工程实践
• EDA
• 可编程逻辑
• 嵌入式系统

面向实践的嵌入式系统设计：从理论到项目实现 本书深入探讨了嵌入式系统的核心原理、开发流程与前沿应用，旨在为读者提供一套全面且极具实操性的学习路径。不同于侧重特定硬件描述语言（如VHDL）的教材，本书将焦点完全放在了系统级的设计、软件与硬件的协同工作，以及如何将理论知识转化为可靠、高效的工程产品。 第一部分：嵌入式系统基础与架构解析 本部分为读者构建了扎实的理论基础。首先，我们从微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的基本架构入手，详细剖析了冯·诺依曼与哈佛结构在现代嵌入式设计中的演进与权衡。重点章节涵盖了CPU的流水线技术、中断处理机制及其对实时性系统的影响。我们不再局限于单一的硬件描述，而是深入探究了系统级总线的运作原理，如AMBA AXI/AHB，理解数据如何在处理器、内存和外设之间高效流动，这是构建高性能系统的关键。 实时操作系统（RTOS）的核心机制 是本部分的重要组成部分。我们选取了当前工业界主流的RTOS（如FreeRTOS或Zephyr）作为范例，详细讲解了任务调度算法（固定优先级、轮转、优先级继承等），以及信号量、互斥锁、消息队列等同步与通信原语的设计与正确使用。对于嵌入式实时性保证的难点，如上下文切换的开销分析、死锁的预防与检测，本书提供了详尽的数学模型与实际代码案例进行佐证，确保读者能够设计出满足严格时序要求的应用。 第二部分：硬件接口与外设交互 本部分聚焦于嵌入式系统与物理世界的桥梁——各种通信与传感接口。我们详尽地介绍了串行通信协议的底层实现细节，包括UART、SPI和I2C的电气特性、时序图及软件驱动的编写。与仅停留在API调用的层面不同，本书带领读者直接操作寄存器，理解波特率的精确计算、仲裁机制以及错误校验过程，从而掌握调试复杂硬件连接问题的核心技能。 针对模拟信号处理，我们深入讲解了模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的性能参数，如有效位数（ENOB）、信噪比（SNR）和采样定理的实际应用。内容包括如何选择合适的参考电压、消除量化噪声，以及如何利用DMA（直接内存访问）技术卸载CPU，实现高吞吐量的数据采集。 此外，本书还辟专章探讨了现代嵌入式系统中的网络接入技术。这不仅包括传统的TCP/IP协议栈在资源受限设备上的移植与优化，还涵盖了物联网（IoT）领域中低功耗广域网（LPWAN）协议（如LoRaWAN或NB-IoT）的架构与安全机制。 第三部分：软件开发、调试与可靠性工程 软件开发是嵌入式项目的生命线。本部分强调健壮的代码工程实践。我们讨论了C/C++语言在嵌入式环境中的特殊用法，如指针运算的安全边界、内存碎片化管理、以及如何利用`volatile`关键字处理并发访问。代码风格指南的引入，旨在帮助团队编写出易于维护和扩展的代码。 调试技术的篇幅被着重强调。从JTAG/SWD接口的原理与配置，到使用逻辑分析仪和示波器进行时域分析，本书指导读者如何从“黑盒”现象中抽丝剥茧，定位到硬件瑕疵或软件逻辑错误。对于难以复现的间歇性错误，我们介绍了基于嵌入式日志系统（如Ring Buffer）和硬件看门狗（Watchdog Timer）的调试策略。 系统级测试与验证是确保产品可靠性的最后一道防线。本书介绍了单元测试（Unit Testing）在嵌入式开发中的适应性框架（如Google Test的嵌入式移植），以及硬件在环（HIL）仿真测试平台的搭建方法，用于模拟极端环境负载，验证系统的容错能力。 第四部分：前沿应用与系统优化 在深入理解基础后，本书引导读者进入当前热门的工程领域。 嵌入式机器学习（TinyML）是本部分的亮点。我们讨论了如何在资源极度受限的MCU上部署轻量级的深度学习模型，包括模型量化（Quantization）、剪枝（Pruning）技术，以及如何利用特定的硬件加速单元（如DSP指令集）来提升推理速度，实现设备端的智能决策。 最后，电源管理与功耗优化被视为现代嵌入式产品设计的核心竞争力。内容涉及时钟门控、动态电压与频率调节（DVFS）策略，以及如何通过精确测量（使用高精度电流表）来识别“漏电”源，实现从毫瓦级到微瓦级的功耗优化，延长电池寿命。 本书的宗旨是培养具备“自顶向下”系统思维的工程师。它不假设读者已掌握特定的硬件描述语言，而是着重于系统架构、协议栈的深度理解、高效的软件实现以及工程实践中的问题解决能力，是所有致力于从事现代嵌入式产品设计、物联网解决方案和自动化控制领域的专业人士和学生不可或缺的参考资料。

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