具体描述
本书介绍了与计算机体系结构相关的各种主题。第1章到第5章介绍了计算机体系结构课程中的许多基本概念，包括：数据表示与算术运算、计算机组织、编程模型、处理器设计。第6章和7章分别讨论了流水线和指令级并行性方法，它们都是影响现代处理器的重要因素。第8章到第10章介绍了各种存储器系统的设计，包括存储器层次结构、高速缓冲存储器和虚拟存储器。第11章讨论了输入/输出系统。第12章介绍了多处理器系统。
通过阅读本书，读者能够迅速了解与计算机体系结构相关的各种知识，并将其应用到其他课程的学习和编程实践中。本书内容全面，每章均提供了大量的实例和习题，是学习计算机体系结构课程的一本极佳教辅材料。
深入浅出：现代嵌入式系统设计与实现 引言 在当今技术飞速发展的时代，嵌入式系统已渗透到我们日常生活的方方面面，从智能手机、汽车电子到工业自动化和物联网（IoT）设备。它们是连接物理世界与数字世界的桥梁，对实时性、功耗和可靠性有着极高的要求。本书旨在为工程师、学生以及对底层系统设计充满热情的专业人士提供一套全面且深入的知识体系，专注于现代嵌入式系统的设计方法、关键技术实现以及前沿趋势的探讨。本书不侧重于特定处理器的指令集或传统计算机组成原理的理论推导，而是着眼于如何高效、可靠地构建一个功能完备的嵌入式产品。 第一部分：嵌入式系统基础与硬件选型 本部分将奠定坚实的系统设计基础，引导读者理解嵌入式系统与其他计算范式的根本区别。 第一章：嵌入式系统概述与设计流程 1.1 嵌入式系统的定义、特点与分类： 深入剖析嵌入式系统在实时性、资源约束和功能专一性方面的独特性。探讨微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）和片上系统（SoC）的适用场景与技术权衡。 1.2 典型嵌入式产品生命周期： 从需求分析、硬件选型、架构设计、软件开发到系统测试与维护的完整流程梳理。重点讨论需求分析阶段如何准确定义性能指标（如延迟、吞吐量和功耗预算）。 1.3 资源约束下的架构决策： 如何根据应用场景（如电池供电或交流供电）选择合适的存储器结构（Flash/RAM配比）和外设接口。 第二章：核心处理器选型与接口基础 2.1 现代微控制器架构概览： 对主流的Cortex-M系列架构进行功能性剖析，侧重于总线矩阵（如AHB/APB）的连接方式和仲裁机制，而非底层逻辑单元的实现细节。 2.2 存储器映射与访问效率： 讲解如何通过合理的存储器映射优化数据访问速度，并介绍缓存（Cache）在嵌入式系统中的有限应用及管理策略。 2.3 关键外部接口技术： 详细介绍串行通信协议（UART, SPI, I2C）的电气特性、时序要求及其在传感器数据采集中的应用。重点讨论高速同步接口（如MIPI CSI/DSI）的基本概念和物理层要求。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程 在嵌入式系统中，时间是关键资源。本部分聚焦于如何使用RTOS有效地管理任务调度和资源竞争。 第三章：实时操作系统核心原理 3.1 RTOS的任务管理机制： 深入解析任务控制块（TCB）、任务状态转换以及上下文切换的开销分析。对比基于优先级的抢占式调度、轮转调度和时间片轮转调度算法的优劣。 3.2 信号量、互斥锁与临界区保护： 详尽阐述如何利用同步原语解决多任务环境下的数据竞争问题。重点分析优先级反转（Priority Inversion）现象及其在不同RTOS中的解决方案（如PCP、BMP）。 3.3 消息队列与事件组通信： 探讨在松耦合系统中，如何利用异步消息传递机制实现任务间的安全数据交换，并评估消息队列的阻塞/非阻塞行为对系统实时性的影响。 第四章：中断服务程序（ISR）与低延迟编程 4.1 中断控制器（NVIC）的配置与管理： 学习如何高效地配置中断优先级、设置分组，以满足严格的实时响应要求。 4.2 ISR设计原则与陷阱： 强调ISR的原子性、最短化原则。讲解在ISR中应避免的操作（如复杂的计算、长时间的阻塞调用），以及如何安全地将工作负载转移至延迟容忍度更高的任务。 4.3 软件定时器与周期性事件： 介绍系统级软件定时器的实现原理和精度限制，以及如何利用硬件定时器实现高精度时间测量与控制。 第三部分：驱动开发与设备交互 本部分关注如何编写健壮的设备驱动程序，实现对底层硬件的精确控制。 第五章：设备驱动的抽象与框架 5.1 驱动程序的分层设计： 介绍硬件抽象层（HAL）的作用，以及驱动程序如何向上层应用层提供一致的API接口。 5.2 寄存器级编程与内存映射I/O： 详细解析通过直接读写内存映射的寄存器来控制外设（如GPIO、定时器）的具体操作流程，强调位操作的精确性。 5.3 DMA（直接内存访问）的应用： 探讨DMA如何在不占用CPU资源的情况下，高效地进行数据块传输（如ADC采样数据、外设数据收发），并分析DMA传输的延迟和带宽限制。 第六章：电源管理与低功耗设计 在便携式设备设计中，功耗优化至关重要。 6.1 功耗模式分析： 深入理解MCU的运行、休眠、深度睡眠等不同工作模式下的电流消耗特性和唤醒延迟。 6.2 时钟门控与频率调节（DVFS）： 讲解如何根据系统负载动态调整时钟频率（Clock Gating/Scaling）以节约能耗。 6.3 唤醒源管理： 探讨如何精确配置外部中断、定时器溢出等作为从低功耗模式中恢复的唤醒源，实现事件驱动的唤醒策略。 第四部分：系统集成与调试验证 系统的可靠性依赖于严谨的集成与测试方法。 第七章：嵌入式软件的构建与部署 7.1 交叉编译环境的搭建与配置： 介绍使用GCC/Clang等工具链进行交叉编译的流程，以及链接脚本（Linker Script）在定义代码和数据段位置中的核心作用。 7.2 启动代码（Bootloader）的功能与安全： 分析固件加载、初始化堆栈和数据段的启动流程，并探讨安全启动（Secure Boot）的基本概念。 7.3 版本控制与持续集成在嵌入式项目中的实践： 介绍Git等版本控制工具在团队协作中的应用，以及如何构建自动化的构建和初步测试流程。 第八章：系统级调试与故障排除 8.1 硬件调试工具的应用： 重点介绍JTAG/SWD调试接口的工作原理，以及如何利用断点、观察点和单步执行来定位复杂的实时问题。 8.2 逻辑分析仪与示波器的协同调试： 讲解如何通过测量信号的时序关系、电压电平来验证串行通信协议或I/O操作的正确性。 8.3 内存泄漏与堆栈溢出的分析技术： 介绍在受限环境中追踪动态内存分配失败和栈空间耗尽的有效方法，例如使用内存保护单元（MPU）辅助检测。 总结 本书强调从系统整体架构出发，关注设计决策背后的权衡取舍。通过对实时操作系统、驱动程序开发和系统级调试方法的深入探讨，读者将能掌握设计和实现下一代高性能、高可靠性嵌入式系统的核心技能。
作者简介
目录信息
第1章 概述1.1 本书目的1.
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