微型计算机及其接口技术自学考试指导 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:王亚明

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-01-01

价格:30.0

装帧:

isbn号码:9787302057710

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 接口技术
• 自学考试
• 计算机基础
• 电子技术
• 单片机
• 嵌入式系统
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• 考研
• 计算机硬件

嵌入式系统设计与实践指南 书籍定位： 本书旨在为电子工程、计算机科学及相关领域的学生、工程师和技术爱好者提供一套全面、深入且实用的嵌入式系统设计与开发实战教程。它不侧重于特定微处理器的汇编或底层硬件操作的冗余细节，而是聚焦于如何将理论知识转化为高效、可靠的嵌入式产品原型和解决方案。 目标读者： 具备基础数字电路、C语言编程能力，希望系统学习嵌入式系统开发流程、主流微控制器架构、实时操作系统（RTOS）应用，以及如何进行系统级调试和性能优化的读者。 --- 第一部分：嵌入式系统基础架构与选型 本部分作为全书的理论基石，详细阐述了嵌入式系统的核心概念、发展趋势及其组成要素，帮助读者建立宏观认知和正确的选型思维。 第一章：嵌入式系统的本质与发展脉络 深入剖析嵌入式系统的定义、特点（如实时性、功耗约束、专用性）与传统计算系统的区别。探讨从8位单片机到现代多核SoC的发展历程，分析物联网（IoT）、边缘计算和人工智能（AIoT）对嵌入式系统提出的新需求。内容涵盖系统级设计思维的培养，强调“约束驱动设计”的重要性。 第二章：核心处理器架构解析（聚焦Cortex-M/A系列） 详细介绍目前主流的嵌入式处理器内核架构，重点剖析ARM Cortex-M系列（如M3/M4/M7）在资源受限环境下的设计优势，以及Cortex-A系列在高性能边缘计算中的应用场景。内容包括流水线、中断向量表、特权级别（Privilege Levels）的设置与管理，以及缓存（Cache）和内存保护单元（MPU/MMU）的基本工作原理及其在安全和实时性中的作用。 第三章：存储器系统与总线结构 系统梳理嵌入式系统中的存储器层次结构，包括SRAM、DRAM、Flash（NOR/NAND）的物理特性和读写时序差异。深入讲解存储器映射（Memory Mapping）的概念，以及总线结构（如AMBA AXI/AHB/APB）如何影响系统的数据传输效率和模块间通信。本章提供实战案例，演示如何根据应用需求优化存储器的分配和访问策略。 第四章：关键外设接口与驱动基础 本章侧重于通用和关键的片上外设（Peripherals）的原理与编程模型。涵盖定时器/计数器（Timer/Counter）、模数/数模转换器（ADC/DAC）的精度与采样率设计，以及异步/同步串行通信接口（UART, SPI, I2C）的协议握手和数据包处理。重点讲解如何使用寄存器级编程和硬件抽象层（HAL）进行驱动初始化和中断服务程序的编写。 --- 第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程 本部分是迈向复杂嵌入式应用的关键，深入讲解如何管理有限的硬件资源，实现高效、可靠的并发任务调度。 第五章：RTOS核心概念与选型标准 阐述实时系统的基本概念，如任务（Task）、上下文切换（Context Switching）、时间片轮转（Time Slicing）和中断延迟。对比分析FreeRTOS、Zephyr、RT-Thread等主流RTOS的内核机制、许可证和生态系统。重点讲解如何根据项目需求（如任务数量、内存占用、确定性要求）选择合适的RTOS。 第六章：任务管理与调度策略 详细解析RTOS中的任务控制块（TCB）结构和多种调度算法（优先级继承、抢占式、协同式）。通过大量代码示例，演示任务的创建、删除、挂起与恢复操作，以及如何设置任务的堆栈和优先级以避免优先级反转问题。 第七章：任务间同步与通信机制 深入讲解资源竞争和数据一致性的解决方案。详尽介绍互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）的应用场景及陷阱（如死锁）。同时，系统讲解消息队列（Message Queue）、事件标志组（Event Flags）和邮箱（Mailbox）在实现数据缓冲和异步通知中的最佳实践。 第八章：内存管理与低功耗设计 探讨RTOS中的动态内存分配机制（如内存池），以及如何应对内存碎片化问题。本章结合实际案例，指导读者如何配置和使用低功耗模式（如睡眠、深度睡眠），通过精确控制外设时钟门控和唤醒源，实现系统级的能效优化。 --- 第三部分：系统集成、调试与高级应用 本部分聚焦于将软件和硬件集成，并利用专业工具和技术解决实际工程中的复杂问题，确保产品质量。 第九章：设备驱动的标准化与抽象 介绍设备驱动程序的结构化设计，包括平台设备（Platform Device）、总线驱动和设备驱动（Driver）的分离。讲解如何构建一个可移植的驱动框架，使用设备树（Device Tree）描述硬件配置，从而实现软硬件的解耦和代码复用。 第十-章：网络通信协议栈的嵌入式实现 侧重于嵌入式设备接入网络的实践。详细讲解TCP/IP协议栈在资源受限环境下的移植和裁剪。深入探讨MQTT、CoAP等轻量级物联网协议的应用，包括安全认证（TLS/SSL）在嵌入式平台上的配置和资源占用分析。 第十一章：系统级调试与性能分析 强调调试手段的有效性。系统介绍JTAG/SWD调试接口的使用，重点讲解如何利用断点、观察点、内存查看等功能定位硬件初始化错误。引入性能分析工具，如逻辑分析仪和示波器，用于测量中断延迟、总线冲突和功耗曲线，实现对实时性瓶颈的准确诊断。 第十二章：固件更新（OTA）与安全启动 探讨现代嵌入式系统必须具备的空中下载（OTA）机制。详细分析A/B分区、回滚机制和差分升级算法的设计。最后，引入嵌入式安全基础，讲解安全启动（Secure Boot）的流程，包括代码签名验证和防篡改措施的基本原理。 --- 学习特色： 本书所有章节均配有基于主流开发平台的实战项目代码（不依赖于特定厂商的IDE，强调通用性），辅以大量的流程图和硬件原理示意图，旨在帮助读者从“会写代码”跃升至“会设计系统”。

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