可编程逻辑器件开发技术MAX+plusII pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:国防工业

作者:王志鹏，付丽琴 主编

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2005-3

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787118037661

丛书系列:

图书标签:

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• 硬件开发
• 电子工程

电子系统设计与实践：基于现代微处理器和嵌入式系统的应用 本书聚焦于电子系统设计的前沿领域，深入探讨以现代微处理器和嵌入式系统为核心的软硬件协同开发技术。 本书旨在为电子工程、计算机科学以及相关专业的学生和工程师提供一套全面、深入且高度实用的技术指南，帮助读者掌握从系统需求分析到最终产品实现的完整流程。 第一部分：现代微处理器架构与编程基础 本部分将详尽解析当代高性能微处理器的核心架构。我们将从冯·诺依曼和哈佛结构的演进开始，重点剖析流水线技术、乱序执行、缓存一致性等提高CPU性能的关键技术。随后，本书将聚焦于当前主流的ARM Cortex-M/R/A 系列处理器的内部结构，包括寄存器组、特权模式、中断和异常处理机制。 在软件层面，我们将覆盖嵌入式C语言的高级应用，强调内存管理（如堆栈与堆的精细控制）、位操作的高效实现，以及对标准库函数在资源受限环境下的优化策略。此外，本书还将引入汇编语言基础，特别是针对特定指令集的优化编码技巧，以期在性能敏感的应用中实现极致效率。我们将通过大量实例，演示如何利用处理器的高级特性（如SIMD指令集）加速数据处理。 第二部分：实时操作系统（RTOS）原理与应用 实时操作系统是现代嵌入式系统稳定可靠运行的基石。本部分将系统阐述RTOS的核心概念和机制。首先，我们将深入研究任务管理，包括任务状态转换、优先级继承、优先级反转问题及解决方案（如经典的“优先级天花板”协议）。 紧接着，我们将详细讲解进程间通信（IPC）机制，包括信号量（计数与互斥）、消息队列、事件标志组和邮箱的正确使用场景与陷阱。内存管理在RTOS中同样至关重要，本书将对比固定分区、可变分区和内存池等多种动态内存分配策略的优劣。 为了确保系统的可预测性，我们将详细分析系统节拍（Tick）的产生、调度算法（如固定优先级抢占式、轮转调度）的实现细节，并引导读者使用流行的RTOS内核（如FreeRTOS或Zephyr）进行实际项目开发，学习如何进行系统性能分析和Jitter（抖动）测量。 第三部分：嵌入式系统硬件接口与驱动开发 本部分是连接软件与物理世界的桥梁。我们将系统梳理嵌入式系统中最常见的片上外设接口。 通信接口方面，本书将超越基础UART/SPI/I2C的使用手册，深入讲解时序协议的底层逻辑、硬件仲裁机制、DMA（直接内存访问）在数据高速传输中的配置与编程，以实现零CPU干预下的数据搬运。对于复杂的网络接口，如Ethernet MAC的初始化流程和TCP/IP协议栈的移植与裁剪也将被详述。 数据采集与控制方面，我们将重点讲解ADC/DAC的工作原理，包括采样定理、量化误差、过采样技术，并提供FPGA或专用DSP协处理器辅助下的高精度数据处理方案。对于定时器和PWM模块，我们将展示如何精确控制电机驱动、电源管理等对时间敏感的应用。 驱动程序开发将以模块化和可移植性为核心理念。我们将遵循分层设计原则，演示如何编写健壮的、与特定硬件平台解耦的驱动代码，并介绍中断服务程序（ISR）的最佳实践，包括如何最小化ISR的执行时间。 第四部分：系统调试、测试与质量保证 一个成功的嵌入式项目不仅需要功能实现，更需要高可靠性。本部分专注于开发流程中的关键质量环节。 我们将介绍JTAG/SWD调试接口的原理及在硬件调试中的应用，演示如何使用硬件调试器进行断点设置、寄存器观察、内存跟踪和固件烧写。对于非侵入式调试，逻辑分析仪和示波器的使用技巧，特别是如何捕获和解析复杂的通信协议时序，将有专门章节介绍。 软件调试方面，本书强调嵌入式系统的错误注入和鲁棒性测试。我们将探讨如何设计看门狗（Watchdog Timer）的策略、实现错误恢复机制（Fault Tolerance），并介绍单元测试和集成测试在嵌入式环境下的落地方法，如使用模拟器（Mocking）技术隔离硬件依赖进行测试。 第五部分：面向物联网（IoT）的系统设计 随着连接性的增强，现代嵌入式系统越来越倾向于网络化。本部分探讨如何设计具备网络能力的终端设备。 我们将分析低功耗无线通信技术（如BLE, LoRa, NB-IoT）的选择标准，并着重讲解安全机制在IoT设备中的集成。这包括硬件安全模块（HSM）的使用、数据加密（如TLS/DTLS握手过程）和安全启动（Secure Boot）的实现路径。 此外，本书还将讨论设备管理和空中升级（OTA/FOTA）的技术栈，确保系统在部署后能够安全、高效地进行远程维护和功能迭代。 全书特色： 本书结合了深入的理论分析与大量的“软硬件协同设计”案例，案例覆盖了工业控制、医疗监测和智能消费电子等多个领域。通过本书的学习，读者将不仅掌握特定芯片或工具的使用，更能建立起一套系统化的、面向未来挑战的电子系统设计思维框架。内容强调性能优化、资源约束下的设计权衡以及系统级可靠性的构建。

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这本书的排版和插图风格，也透露出一种独特的历史气息。它不像现代教材那样充斥着高分辨率的彩图和复杂的交互式链接，而是大量采用清晰、简洁的黑白电路图和波形图。这些图表虽然朴素，但信息密度却极高，每一个细节都仿佛经过了反复的推敲和优化，以最少的墨水传达最准确的逻辑关系。我记得有一张关于竞争冒险消除的图示，它用非常简洁的线条勾勒出了“冗余逻辑”的添加过程，配上几行精炼的文字说明，立刻就让一个困扰我许久的概念豁然开朗。阅读的过程，更像是在跟一位经验丰富的老工程师进行一对一的深入交流，他不会用华丽的辞藻来粉饰概念，而是直接用最本质的逻辑关系来打动你。这种对“少即是多”设计哲学的坚持，让这本书具有了一种不易被时间淘汰的价值。它更像是一本工具书，一本在你遇到具体设计难题时，随时可以翻开查阅，并且总能从中找到可靠解决方案的案头宝典。

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这本书的后半部分，特别是关于结构化编程和设计层次化的论述，真的让我眼前一亮，这部分内容体现出了作者超越当时工具特性的宏大视野。它并没有仅仅停留在教会读者如何使用特定的硬件描述语言（HDL）的语法，而是上升到了系统设计的层面。我记得有一个章节专门讨论了如何将大型系统分解成可管理的模块，并且非常巧妙地引入了时序约束和资源分配的概念。这种前瞻性的视角，即使拿到现在来看，也是非常具有指导意义的。书中对状态机的描述，简直可以作为教科书级别的范例。作者没有采用那种平铺直叙的真值表方式，而是大量使用了图形化的状态转移图，并清晰地标注了输入条件和下一个状态的编码方式，这种可视化编程的理念，极大地降低了复杂控制逻辑的理解难度。而且，在处理输入输出接口的建议上，书中强调了严格的信号隔离和电平匹配的重要性，这在强调速度和功耗的现代设计中依然是核心考量。总的来说，这本书似乎在教导一种“工程哲学”：设计一个稳定可靠的数字系统，远比仅仅让代码能够编译通过要复杂得多，它需要一种结构化的、自顶向下的设计思维，而这本书就是培养这种思维的绝佳土壤。

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深入阅读后，我发现这本书对于如何理解和优化编译后的网表（Netlist）结构，有着独到的见解，这一点是很多侧重于高级HDL编程的书籍所缺失的环节。作者在分析了高层次的硬件描述代码之后，并没有止步于此，而是带领读者深入到“翻译”成底层逻辑门阵列的过程。书中详细解释了综合工具是如何将抽象的`if-else`或`case`语句映射到具体的查找表（LUT）和触发器上。这种对“编译黑箱”的拆解，极大地提升了我对FPGA内部工作机制的理解。特别是关于资源利用率的章节，作者不仅仅是展示了如何查看报告，更是教会我们如何解读那些看似枯燥的资源分配数据，从而反推设计中可能存在的效率瓶颈。例如，当发现某个模块的LUT利用率过高时，如何通过调整算法的并行度或串行化程度来优化资源占用，书里给出的分析路径清晰而有力。这种从上到下、再从下到上验证的设计闭环思维，是这本书留给我最宝贵的遗产。它培养的不是一个只会写代码的“码农”，而是一个懂得如何与底层硬件打交道的系统架构师。

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我是在一个资源相对匮乏的时期接触到这本书的，那时网络上的资料远不如现在这般丰富和唾手可得，所以这本书在我心中的地位就显得尤为重要。它在讲解器件选型和实际应用时的那种务实精神，让我印象深刻。作者似乎非常清楚地知道，读者最终是要把设计烧录到真实芯片上的，因此，书里穿插了大量的“陷阱”提醒和“避免方法”。例如，关于锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）的选择倾向性讨论，作者明确指出，在同步电路设计中，应该最大限度地避免使用锁存器，并解释了为什么，这种基于实践经验的告诫，比单纯的理论叙述更有力量。此外，书中对于不同系列器件的性能差异也进行了宏观的比较，虽然限于出版时间，具体的性能参数可能已经过时，但那种横向比较的分析框架，却经久不衰。我特别喜欢它在讲解宏（Macro）和生成（Generate）语句时所使用的例子，那些例子往往是小型但功能完备的子系统，通过这些例子，读者可以直观地体会到如何通过参数化设计来提高代码的复用性和可维护性，这在后来的VHDL/Verilog学习中，都成为了我衡量代码质量的标准之一。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象，那种带着年代感的蓝绿色调，立刻把我拉回了那个用万用表和示波器调试电路板的黄金时代。我记得我拿到这本书的时候，是冲着它标题里那个“MAX+plusII”去的，毕竟在那个时候，这就是业界衡量FPGA设计平台的一个重要标杆。我翻开第一章，首先关注的是它对基本逻辑门和组合逻辑电路的阐述方式。作者似乎非常注重理论的严谨性，每一个公式的推导都显得那么有条不紊，没有丝毫的跳跃感。特别是对竞争冒险和毛刺处理的章节，我感觉作者用了大量的篇幅去解释这些在实际硬件设计中极其关键，但初学者往往会忽略的细节。对于如何利用软件工具进行仿真验证，书里给出的步骤描述得非常细致，每一个菜单选项的操作都被清晰地指明，简直就像一本手把手的操作手册，而非仅仅是理论堆砌。我尤其欣赏它在引入时序逻辑部分时，那种循序渐进的节奏感，从D触发器到JK触发器，再到更复杂的移位寄存器和计数器，每一步都紧密衔接，让人很容易跟上思路，仿佛作者正坐在我对面，耐心地为我讲解每一个电路图的精妙之处。那种朴实无华却又极具深度的讲解风格，对于想打下扎实基础的工程师来说，无疑是一份宝贵的财富，它教会的不仅仅是如何操作软件，更是如何像一个真正的硬件工程师那样去思考和设计。

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