具体描述
SCSI和IDE接口都属于ANSI标准，本书的目的就是对这两种接口进行精确的描述。全书分为三个部分，共25章。第一部分为总体介绍，能使读者对计算机外围设备及其接口和计算机总线有一大致了解。第二部分着重讲述了IDE接口，从背景、协议、驱动器模型、命令及ATAPI接口等方面作了详细讲述。第三部分是SCSI总线，分别介绍了体系结构、命令、设备、协议、接口、芯片等方面的知识。全书由浅入深，叙述详尽，可使读
《现代嵌入式系统设计：从硬件抽象到实时调度》 简介：构建高效、可靠的嵌入式应用蓝图 随着物联网（IoT）、工业自动化以及智能设备领域的飞速发展，对嵌入式系统的性能、能效和实时性要求达到了前所未有的高度。本书《现代嵌入式系统设计：从硬件抽象到实时调度》旨在为读者提供一套全面、深入且实践导向的知识体系，聚焦于当前主流嵌入式系统架构的核心挑战与解决方案。本书不关注传统的并行接口技术（如SCSI或IDE）的底层协议细节，而是将重点放在更高层次的系统集成、软件架构优化以及确保系统行为可预测性的关键技术上。 本书的结构围绕嵌入式系统设计的三个核心支柱展开：硬件抽象与驱动开发、实时操作系统（RTOS）原理与应用，以及系统级性能优化与调试。我们力求通过详实的代码示例、深入的理论剖析和贴近工业实践的案例分析，帮助读者构建出既高效又健壮的下一代嵌入式产品。 --- 第一部分：硬件抽象层（HAL）的构建与高级驱动设计 现代嵌入式系统往往需要跨越不同的微控制器（MCU）或SoC平台。为了实现代码的可移植性和维护性，构建一个健壮的硬件抽象层（HAL）至关重要。本部分将深入探讨HAL的设计哲学、实现方法以及如何利用现代C/C++语言特性来构建清晰、模块化的驱动接口。 第一章：嵌入式软件架构概述与分层思想 本章首先界定嵌入式系统的范畴，并详细阐述了软件架构的分层模型，包括裸机层、HAL层、中间件层和应用层。我们将重点分析如何定义清晰的接口规范，以隔离上层应用逻辑与底层硬件差异。内容将包括面向对象设计在嵌入式C/C++中的应用，例如如何使用结构体和函数指针实现接口的灵活切换，以及内存布局对性能的影响。 第二章：高级微控制器外设驱动设计实践 本章侧重于对通用嵌入式核心外设的驱动开发，这些外设是所有嵌入式应用的基础。我们将以主流的ARM Cortex-M系列处理器为例，详细解析中断控制器（NVIC）、通用定时器（Timer）、脉冲宽度调制（PWM）以及模数转换器（ADC）的高级配置。重点讨论如何设计“非阻塞式”的驱动API，使驱动程序能够高效地与上层调度器协同工作，避免长时间的忙等待循环。此外，还将介绍利用DMA（直接内存存取）技术卸载CPU负载的关键技术，包括Scatter/Gather模式的应用。 第三章：总线仲裁与片上通信协议的软件封装 在多核或具有丰富片上总线系统的嵌入式设计中，数据的高效传输和访问控制成为性能瓶颈。本章将分析现代SoC内部的互连结构（如AXI/AHB总线）对软件设计的影响。内容聚焦于如何设计对底层总线仲裁机制友好的数据访问模式。我们将深入讲解I2C、SPI等常用片上通信协议的高效软件实现，例如如何优化位操作时序，实现可靠的错误检测机制，以及如何为这些接口设计异步（中断/DMA驱动）的读写接口，确保数据传输不阻塞主应用线程。 --- 第二部分：实时操作系统（RTOS）的核心机制与调度策略 实时性是嵌入式系统的核心要求。本部分将系统地介绍RTOS的内部工作原理，从任务管理到内存保护，再到关键的同步与通信机制。 第四章：RTOS内核与任务管理 本章从基础概念入手，详细解析RTOS内核的结构，包括上下文切换机制、TCB（任务控制块）的设计。我们将深入剖析时间片轮转、优先级继承等基础调度算法，并对比分析固定优先级抢占式调度与动态优先级调度的适用场景。针对现代多核处理器，本章还将介绍SMP（对称多处理）模型下的任务同步挑战，以及如何正确使用自旋锁和互斥量来保护共享资源。 第五章：实时同步、通信与确定性延时 可靠的实时系统依赖于精确的同步和高效的进程间通信（IPC）。本章详细探讨了信号量、互斥锁、事件标志组、消息队列和消息邮箱等RTOS提供的核心IPC原语。核心内容在于如何正确应用这些原语以避免死锁和优先级反转。我们将引入优先级继承协议（PIP）和优先级天花板协议（PCP）等高级机制，并提供代码实例演示如何配置RTOS以保证关键任务的执行确定性。 第六章：内存管理与虚拟内存映射在嵌入式中的应用 在资源受限的嵌入式环境中，内存管理的设计至关重要。本章讨论了嵌入式内存分配策略（如固定大小块分配器、池式分配器）及其性能权衡。对于运行Linux或其他更复杂的OS的嵌入式系统，本章将深入讲解MMU（内存管理单元）的工作原理，如何配置页表、实现内存保护，以及如何在用户空间和内核空间之间安全高效地共享数据缓冲区。 --- 第三部分：系统性能优化与嵌入式调试技术 高性能和高可靠性不仅依赖于良好的软件设计，还依赖于精确的系统级优化和专业的调试手段。 第七章：系统级时序分析与性能瓶颈定位 本章教授读者如何从系统层面分析性能问题。我们将介绍Jitter（抖动）分析、Worst-Case Execution Time (WCET) 的估算方法，以及如何使用示波器和逻辑分析仪相结合的方式，对软件事件和硬件信号进行交叉关联分析。重点讲解如何利用RTOS提供的Trace功能和系统日志来重构任务执行序列，从而定位非预期的延迟来源。 第八章：能效优化与低功耗模式设计 在电池供电或能效受限的设备中，功耗管理是设计成功的关键。本章将分析MCU和SoC的各种低功耗状态（如睡眠、深度睡眠）。核心内容在于如何设计一个事件驱动的功耗管理框架，使得系统能够在满足实时需求的前提下，最大限度地将资源置于休眠状态。这包括优化中断唤醒路径和最小化唤醒后的启动延迟。 第九章：调试与可追溯性：从JTAG到固件更新 本章涵盖了现代嵌入式开发中不可或缺的调试工具和技术。详细介绍JTAG/SWD接口在硬件断点、内存查看和代码覆盖率分析中的高级用法。此外，本章还将探讨嵌入式日志框架（Logging Framework）的设计，如何实现带时间戳、级别区分和缓冲区溢出保护的日志系统。最后，我们将讨论安全可靠的OTA（Over-The-Air）固件更新机制的设计，包括A/B分区策略和回滚保护。 --- 总结与展望 《现代嵌入式系统设计：从硬件抽象到实时调度》通过聚焦于抽象层设计、实时内核原理和系统级性能工程，为读者提供了一个超越具体硬件接口的通用方法论。掌握这些知识，读者将能够应对日益复杂的嵌入式挑战，设计出在性能、可靠性和资源利用率方面表现卓越的下一代智能系统。本书是嵌入式软件工程师、系统架构师以及高级电子工程专业学生不可或缺的参考手册。
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