具体描述
本书是根据“全国自学考试（计算机及应用专业 专科）考试大纲”以及历年考题编写的。全书共分4部分；第1部分是笔试应试指南；第2部分是笔试题解；第3部分是模拟试卷及参考答案；最后是附录，包括考试大纲和2002年上半年试卷及参考答案。本书紧扣考试大纲，内容取舍得当，叙述通俗易懂，附有大量与考试题型类似的习题及答案，以检查读者对考点的掌握程序。本书适用于准备参加全国自学考试（计算机及应用专业 专科）的考生，也可作为大专院校和培训班的教学参考书。
《现代嵌入式系统设计与实践》 内容提要 本书聚焦于当前快速发展的嵌入式系统领域，旨在为读者提供从基础理论到高级应用的全景式、工程实践导向的学习路径。全书结构严谨，内容覆盖了嵌入式系统的核心概念、主流硬件平台、关键软件技术以及前沿应用案例，旨在培养读者独立分析和解决复杂嵌入式系统问题的能力。 第一部分：嵌入式系统基础与硬件架构 本部分深入剖析了嵌入式系统的基本构成、设计哲学与发展趋势。首先，详细阐述了微处理器（MPU）与微控制器（MCU）之间的本质区别、体系结构演进（如CISC到RISC的转变），并重点讲解了指令集架构（ISA）如ARM Cortex-M/A系列的核心原理，包括流水线、中断机制与内存管理单元（MMU/MPU）的功能。 随后，章节详细介绍了嵌入式硬件平台的设计要素。这包括对存储器技术的深度解析，涵盖SRAM、DRAM（如DDR3/4的原理与时序）、非易失性存储器（Flash、EEPROM）的读写特性与寿命考量。在系统总线方面，系统分析了片上总线（如AHB、APB）与外部高速接口（如PCIe、USB）的通信协议、仲裁机制与时序要求，强调了信号完整性在高速设计中的重要性。 此外，本书对关键的外设模块进行了详尽的讲解。例如，模拟数字转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的精度、采样率、量化噪声及其在数据采集中的应用；定时器/计数器的脉冲宽度调制（PWM）生成技术及其在电机控制中的应用；以及串行通信接口（UART、SPI、I2C）的协议细节、时序图与冲突解决策略。电源管理单元（PMU）的设计，包括低功耗模式的实现、DC-DC转换器的拓扑选择与纹波抑制技术，也作为系统可靠性的重要组成部分进行了深入探讨。 第二部分：实时操作系统（RTOS）原理与内核 本部分是本书的核心，专注于嵌入式软件的基石——实时操作系统。首先，系统地介绍了操作系统的基本概念，对比了通用操作系统与实时操作系统的核心差异，特别是确定性（Determinism）的含义与度量标准。 内核部分，本书深入剖析了任务管理机制。这包括任务的创建、就绪、阻塞和终止的全生命周期管理，以及上下文切换的硬件与软件实现细节。在调度算法方面，详细分析了固定优先级调度（如固定优先级抢占式调度）与动态优先级调度（如最早截止时间优先EDF）的数学模型、实现复杂度与适用场景。 同步与互斥是保障多任务系统正确运行的关键。本书细致讲解了信号量（计数信号量与二值信号量）、互斥锁（Mutex）的应用场景，并重点分析了由锁竞争引发的经典问题，如优先级反转（Priority Inversion）及其解决方案（如优先级继承、优先级天花板协议）。消息队列、事件标志组等进程间通信（IPC）机制的缓冲区管理、同步阻塞机制也得到了充分的阐述。 内存管理在RTOS中尤为关键，本书探讨了静态内存分配池与动态内存分配器的区别与弊端，分析了内存碎片化对实时性的影响，并介绍了诸如内存池、分区分配等优化技术。定时器管理，包括软件定时器与硬件定时器的精确同步，以及系统节拍（Tick）的精度控制，也作为实时性保证的重要一环进行了专项讨论。 第三部分：驱动程序开发与底层交互 本部分聚焦于操作系统与底层硬件的桥梁——设备驱动程序。首先，介绍了驱动程序的设计原则，强调模块化、可移植性与健壮性。 驱动开发实践中，本书以主流的Linux内核和FreeRTOS为例，讲解了如何正确地注册和管理设备（字符设备、块设备、网络设备）。在Linux环境下，重点讲解了中断服务程序（ISR）的设计规范，如何将耗时的操作从中断上下文安全地转移到内核线程或工作队列中执行，以保证中断响应时间。内存映射（mmap）的使用，实现用户空间与内核空间的高效数据共享，是本章的难点与重点。 针对裸机（Bare-metal）或轻量级RTOS环境，本书详细介绍了直接操作寄存器的技巧，包括如何安全地读写硬件寄存器（避免读改写操作中的竞争条件）、位域操作的最佳实践，以及如何利用内存映射I/O（MMIO）与端口映射I/O（PMIO）进行硬件访问。 第四部分：嵌入式软件工程与调试 软件工程方法论在嵌入式项目中的应用是确保质量的关键。本部分探讨了嵌入式软件的生命周期管理，包括需求分析、架构设计（如分层架构、事件驱动架构）和代码规范。 调试技术是本章的重中之重。除了传统的软件调试器（如GDB）的使用，本书重点介绍了硬件调试工具——JTAG/SWD接口的工作原理、链式结构与目标代码的烧录流程。结合逻辑分析仪和示波器，讲解了如何通过观察信号时序、电压电平来诊断硬件初始化失败、总线竞争或驱动程序时序错误。此外，对嵌入式系统特有的“看门狗”（Watchdog Timer）的应用、故障恢复机制的设计，以及系统级调试（如使用printf重定向到串口、半主机技术）也进行了详尽的说明。 第五部分：网络通信与前沿技术 现代嵌入式系统普遍需要连接外部世界。本部分详细介绍了嵌入式网络协议栈的实现。TCP/IP协议族的精简版（如LwIP）在资源受限设备上的移植与配置，包括ARP、ICMP、UDP和TCP的拥塞控制与可靠性保证机制。对于无线连接，讲解了Wi-Fi（802.11协议栈基础）和低功耗广域网（LPWAN，如LoRa、NB-IoT）的物理层与MAC层特性，以及安全接入（如WPA2/3）的流程。 最后，本书展望了嵌入式系统的前沿领域，包括异构计算（CPU+GPU+FPGA的协同工作）、边缘计算的架构挑战，以及嵌入式系统中的安全启动（Secure Boot）、固件加密与运行时认证技术的初步介绍，为读者构建未来系统的能力打下基础。 本书特色 本书结构清晰，理论与实践紧密结合。大量的工程案例、源代码片段与仿真流程图穿插其中，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“怎么做”。适合高等院校相关专业学生、从事嵌入式系统开发工作的工程师，以及希望系统性深入学习嵌入式技术的研究人员。
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