具体描述
好的，以下是一份不包含《微机常用外部设备原理与维修》内容的图书简介，旨在详细介绍其他领域的技术或知识，字数约为1500字。 --- 《现代嵌入式系统设计与实践：基于ARM Cortex-M架构》 图书简介 在当今技术飞速发展的时代，嵌入式系统已成为连接物理世界与数字世界的关键桥梁。它们渗透于我们生活的方方面面，从智能家电到工业自动化，从医疗设备到航空航天。本书《现代嵌入式系统设计与实践：基于ARM Cortex-M架构》旨在为读者提供一套全面、深入且实用的知识体系，专注于当前应用最广泛的32位微控制器核心——ARM Cortex-M系列。 本书并非关注传统的微机外设，而是将视角聚焦于嵌入式系统设计的前沿领域，涵盖了从硬件选型、底层软件开发到高级应用实现的完整流程。我们相信，理解现代嵌入式系统的核心架构和设计哲学，对于培养具备创新能力的工程师至关重要。 第一部分：嵌入式系统基础与ARM Cortex-M架构深入解析 本部分是全书的基石，为后续的实践操作奠定坚实的理论基础。 1.1 嵌入式系统的演进与生态 我们将首先梳理嵌入式系统的历史脉络，明确其与通用计算系统的本质区别。重点阐述现代嵌入式系统对实时性、低功耗、高可靠性的苛刻要求。随后，介绍主流的嵌入式处理器家族，并着重分析ARM架构在嵌入式领域的统治地位及其生态系统的构成，包括工具链（如GCC、Keil MDK）、调试器（如J-Link、ST-Link）和操作系统选型（如裸机、RTOS）。 1.2 ARM Cortex-M内核详解 这是本书的核心理论部分。我们深入剖析了Cortex-M3/M4/M7等主流内核的内部结构。内容涵盖： 流水线与指令集： 详细解释Thumb-2指令集的高效性，以及三级或五级流水线如何优化代码执行效率。 特权模式与内存保护单元（MPU）： 探讨系统如何通过特权/非特权模式实现安全隔离，以及MPU在防止恶意代码或驱动错误访问关键内存区域中的作用，这对于构建高可靠性系统至关重要。 中断与异常管理（NVIC）： 深入讲解嵌套向量中断控制器（NVIC）的优先级配置、抢占机制和延迟分析，这是所有实时应用的基础。 低功耗模式： 详细介绍Cortex-M系列提供的睡眠（Sleep）、深度睡眠（Deep Sleep）等多种低功耗状态的触发机制、唤醒源管理和功耗优化策略。 1.3 内存架构与总线接口 现代嵌入式系统的性能瓶颈往往在于数据传输效率。本章细致讲解了Cortex-M系统的内存映射、闪存（Flash）与SRAM的组织方式。重点分析AHB（Advanced High-performance Bus） 和 APB（Advanced Peripheral Bus） 之间的桥接，以及DMA（直接内存存取） 控制器的工作原理，阐述如何通过高效的总线架构和DMA来卸载CPU，实现高吞吐量的数据传输。 第二部分：核心外设驱动与底层软件开发 本部分将理论知识转化为可操作的工程实践，重点介绍嵌入式系统中处理数据输入输出和控制任务的关键模块。 2.1 通用输入输出（GPIO）与端口控制 超越简单的开/关控制，本章讲解如何精确配置GPIO的输入模式（上拉/下拉、浮空）、输出模式（推挽、开漏）、速度等级以及复用功能（AF）。同时，介绍如何利用GPIO的引脚中断（EXTI）实现快速事件响应。 2.2 定时器、脉冲宽度调制（PWM）与捕获 定时器是嵌入式系统的心脏。我们详述通用定时器（TIM）的计数模式、预分频器、自动重装载寄存器等配置，重点展示如何利用其生成精确的周期性中断。在PWM方面，不仅教授如何生成调频信号，更侧重于其在电机控制、LED亮度调节中的高级应用，例如互补输出和死区时间插入。捕获模式则用于精确测量外部脉冲的宽度和周期。 2.3 通信接口：UART, SPI, I2C, CAN 这是实现系统间互联的核心技术。 UART/USART： 讲解波特率计算、数据帧格式以及中断驱动与DMA驱动下的数据收发流程。 SPI（串行外设接口）： 深入剖析主/从模式、时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）对数据传输的影响，以及如何在多设备连接中实现片选（CS）的管理。 I2C（串行总线）： 详细解释地址握手、数据的读/写时序，以及如何处理多主站仲裁机制。 CAN（控制器局域网）： 针对工业和汽车领域，讲解CAN协议栈的基础知识、帧结构、波特率匹配和错误处理机制，为构建分布式控制网络打下基础。 第三部分：实时操作系统（RTOS）与高级应用 随着系统复杂度的提高，裸机编程已无法满足需求。本部分引入RTOS的概念，指导读者构建更健壮、可维护的并发系统。 3.1 RTOS核心概念与任务调度 本书选择FreeRTOS作为主要教学案例，详细介绍其内核结构。内容涵盖任务的创建、就绪态、阻塞态、删除等生命周期管理。重点讲解不同调度策略（如固定优先级、时间片轮转）的工作原理，以及如何通过任务优先级反转解决资源竞争问题。 3.2 任务间通信与同步机制 在多任务系统中，安全地共享数据和协调任务执行至关重要。本章详尽介绍RTOS提供的同步原语： 信号量（Semaphore）： 二值信号量与计数信号量的应用场景区分。 消息队列（Queue）： 用于异步数据传递和解耦任务。 互斥锁（Mutex）： 确保对共享资源的原子访问，并探讨递归互斥锁的应用。 3.3 嵌入式应用：数据采集与控制 结合前述的硬件驱动和RTOS知识，本部分通过两个完整的项目案例展示系统集成： 1. 高精度传感器数据融合系统： 利用ADC（模数转换器）进行多通道数据采集，应用卡尔曼滤波算法进行数据平滑，并通过RTOS将结果通过UART/SPI发送至上位机监控端。 2. 闭环电机控制系统： 结合编码器（使用定时器输入捕获）反馈，实现PID算法计算输出占空比，通过PWM驱动直流电机，展示实时反馈控制的完整流程。 第四部分：系统可靠性、调试与维护 优秀的嵌入式工程师必须关注系统的长期稳定性和可维护性。 4.1 启动流程与固件更新（FOTA） 深入解析微控制器的上电复位（POR）过程、引导加载程序（Bootloader）的作用。重点讲解如何设计安全的固件空中下载（FOTA）机制，确保在网络不稳定或断电情况下，系统仍能安全回滚到稳定的旧版本，这是商业级产品必备的能力。 4.2 调试技术与故障排查 本书强调“芯片级”的调试方法。除了软件断点，还将介绍如何使用调试器进行硬件级调试，如内存查看、寄存器状态监控、指令单步执行。此外，还将介绍如何利用看门狗（Watchdog Timer）和错误日志机制来提高系统自恢复能力。 4.3 低功耗设计策略 针对电池供电设备，本章提供了一套系统性的低功耗设计方法论，包括：如何选择合适的时钟源、如何精细控制外设时钟门控、如何利用中断驱动而非轮询来最小化CPU的活动时间，以及如何有效利用Cortex-M的深度睡眠模式。 --- 总结 《现代嵌入式系统设计与实践：基于ARM Cortex-M架构》是一本面向工程实践的深度教程。它避开了对传统PC硬件的关注，专注于构建现代、高性能、低功耗的实时嵌入式设备所需的核心技术栈。无论您是电子工程、计算机科学的学生，还是希望从传统微控制器领域（如8051）转向32位高性能平台的工程师，本书都将是您掌握前沿嵌入式系统设计的宝贵参考资料。通过理论与实践的紧密结合，读者将能够独立设计、开发和调试复杂的、基于Cortex-M的嵌入式产品。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.quotespace.org All Rights Reserved. 小美书屋 版权所有