可编程器件应用导论 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:曾繁泰

出品人:

页数:303

译者:

出版时间:2001-4

价格:30.0

装帧:平装

isbn号码:9787302043126

丛书系列:

图书标签:

• 可编程器件
• FPGA
• CPLD
• 数字电路
• 硬件设计
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 可编程逻辑
• 应用开发
• 实践教程

好的，这是一份针对一本名为《可编程器件应用导论》的书籍所编写的、不包含该书内容的图书简介。这份简介力求内容详实、结构清晰，旨在吸引对特定领域感兴趣的读者。 图书简介：穿越时空的数字脉络——《微处理器架构与现代嵌入式系统设计》 作者： [请在此处填写作者姓名] 出版社： [请在此处填写出版社名称] ISBN： [请在此处填写ISBN号] 字数： 约1500字 --- 核心主题：深度解析现代嵌入式系统的“心脏”与“神经系统” 在这个万物互联的时代，每一个智能设备——从智能手机到工业自动化控制器——的稳定运行，都依赖于其核心的计算单元。本书《微处理器架构与现代嵌入式系统设计》并非着眼于某一特定可编程逻辑单元的编程实现，而是将目光投向支撑所有现代电子系统的基础构建块——微处理器（Microprocessor）和微控制器（Microcontroller）的深层原理、体系结构演进及其在复杂系统中的集成应用。 本书旨在为电子工程、计算机科学以及相关领域的专业人士和高级学生提供一份既具理论深度又富含实践指导意义的全面参考手册。它超越了基础的数字逻辑层面，深入探讨了指令集架构（ISA）的选择哲学、流水线技术对性能的提升机制、内存层级结构如何影响实时性，以及现代操作系统（如实时操作系统RTOS）如何在这些硬件平台上高效调度任务。 第一部分：微处理器核心原理的追根溯源与架构演进 本部分将带领读者回溯数字计算的基石，系统梳理了从早期的冯·诺依曼结构到现代复杂指令集计算机（CISC）和精简指令集计算机（RISC）的演变历程。 1.1 指令集架构（ISA）的哲学： 我们将详细剖析 x86、ARM 及其新兴架构如 RISC-V 在设计哲学上的根本差异。内容涵盖指令编码的效率、寄存器分配的策略、条件执行与分支预测对性能的决定性影响。读者将理解为何在移动和物联网领域，低功耗的RISC架构占据了主导地位，以及如何从指令集的角度去评估处理器的能效比。 1.2 深度剖析流水线与并行化： 单周期、多周期到超标量（Superscalar）与乱序执行（Out-of-Order Execution）是现代高性能CPU的核心。本书将以精妙的图示和案例，阐释指令级并行（ILP）如何通过分支预测单元（Branch Predictor）和重排序缓冲区（Reorder Buffer）来隐藏内存延迟，实现接近理论极限的吞吐量。我们将探讨数据依赖性如何被硬件检测和管理，以及内存屏障（Memory Barriers）在多核系统中的必要性。 1.3 内存层级结构的优化艺术： 缓存（Cache）的设计是决定系统性能的关键瓶颈。本章将详尽讲解L1、L2、L3缓存的工作原理、一致性协议（如MESI协议），以及如何根据应用特性（如数据局部性）来选择最佳的缓存替换策略。此外，虚拟内存管理单元（MMU）与页表机制的细节，将为理解操作系统如何抽象硬件资源打下坚实基础。 第二部分：嵌入式系统的“血肉”——微控制器与片上系统（SoC） 本书的第二部分聚焦于嵌入式世界中无处不在的集成化解决方案，特别是微控制器（MCU）的设计与编程范式。 2.1 MCU的内部结构与外设交互： 我们将以当前主流的 Cortex-M 系列为例，详细解析其内核结构。重点关注串行通信接口（UART, SPI, I2C）、模数/数模转换器（ADC/DAC）的工作时序、以及定时器/PWM模块在控制领域的精确应用。本书强调的不是如何调用某个库函数，而是理解底层硬件寄存器是如何驱动这些外设进行高效数据交换的。 2.2 实时性与中断驱动机制： 嵌入式系统对时间要求苛刻。本章深入探讨中断服务程序（ISR）的编写规范，中断优先级分配的陷阱与最佳实践。我们将分析中断延迟的各个组成部分（硬件/软件），并介绍如何利用 DMA（直接内存访问）控制器，将数据传输任务从CPU中解放出来，从而保证主程序的低延迟响应能力。 2.3 功耗管理与低功耗设计： 在电池供电设备中，动态电压与频率调节（DVFS）、睡眠模式（Sleep Modes）和唤醒源的选择至关重要。本书提供了量化分析方法，指导读者在满足性能需求的同时，最小化系统的静态和动态功耗。 第三部分：软件生态与系统集成：从裸机到RTOS的跨越 真正的嵌入式系统设计是将软硬件紧密耦合的过程。本部分着眼于操作系统和软件工具链在微处理器平台上的部署。 3.1 嵌入式软件的启动流程与链接脚本： 读者将掌握从芯片上电到操作系统（或用户程序）开始执行的完整“黑箱”过程。我们将详细解读链接脚本（Linker Script）的构建艺术，理解代码段（`.text`）、数据段（`.data`）、未初始化数据段（`.bss`）在内存中的布局，以及如何安全地初始化全局变量。 3.2 实时操作系统（RTOS）的原理与调度： 我们不再将RTOS视为一个简单的任务管理器，而是深入探究其内核的调度算法（如抢占式、固定优先级、轮转法），以及任务间的通信机制（信号量、互斥锁、消息队列）。重点分析并发编程中常见的死锁（Deadlock）和竞态条件（Race Condition）的识别与规避策略，确保系统行为的可预测性。 3.3 调试、仿真与系统级验证： 现代嵌入式系统的调试已高度依赖于硬件辅助工具。本章介绍 JTAG/SWD 接口的工作原理，以及如何有效地使用硬件断点、观察点和跟踪功能来诊断复杂的时序错误和内存越界问题，这是任何高级应用工程师必备的技能。 结语：面向未来的系统思维 《微处理器架构与现代嵌入式系统设计》旨在培养读者一种自底向上的系统思维模式。它不教授如何“使用”一个现成的模块，而是教导读者如何理解和设计构成这些模块的底层机制。通过对处理器核心、内存体系、外设驱动以及实时操作系统的全面解析，读者将能够独立面对下一代异构计算、边缘AI以及高可靠性控制系统的挑战。 本书是为那些渴望从“应用程序实现者”跃升为“系统架构师”的工程师和研究人员量身定制的深度指南。它提供的知识广度与深度，确保读者能够构建出更快速、更可靠、更节能的智能电子系统。

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