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出版者:CMP Books

作者:Qing Li

出品人:

页数:294

译者:

出版时间:2003-07

价格:USD 44.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781578201242

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式
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《嵌入式系统实时性概念解析》 作者： [此处留空，或使用笔名，例如：系统架构研究组] 出版社： [此处留空，或使用出版机构名称，例如：尖端科技出版社] --- 内容提要 本书并非聚焦于“实时性”（Real-Time）这一特定主题，而是致力于为读者提供一个全面、深入、且极其详实的嵌入式系统基础架构设计、硬件选型、以及固件开发范例的知识体系。它旨在构建一个坚实的地基，使工程师能够理解和掌握在资源受限环境中构建高效、可靠、可维护的软件和硬件系统的核心原则。 全书结构严谨，逻辑清晰，从最底层的电子学原理和信号处理入手，逐步向上构建起复杂的系统级认知框架。我们摒弃了对特定操作系统（如RTOS或Linux）特性的深入探讨，转而强调跨平台、跨架构的通用设计哲学。 第一部分：微处理器与硬件基础的深度探究 本部分深入剖析了现代嵌入式处理器（不限于特定实时处理器系列）的设计哲学与内部机制。我们不将焦点放在调度算法上，而是专注于CPU的执行流水线、缓存层次结构（L1/L2/L3）、内存访问模式优化，以及如何通过指令集架构（ISA）的特性来提升代码执行的确定性与效率。 第一章：硅片之下的世界：处理器核心的宏观视图 晶体管到指令： 电子元件在不同电压和温度下的工作特性，以及它们如何影响信号完整性。 总线架构的演变与影响： 对AMBA AXI/AHB等通用片上总线协议的结构分析，重点讨论仲裁机制和带宽竞争的潜在瓶颈，而非同步性保证。 存储器映射与地址解析： 探讨MMU/MPU的传统功能，侧重于内存保护、地址转换的开销，而非其在任务隔离中的应用。 第二章：外设交互与底层驱动的构建艺术 本章着眼于如何高效、低延迟地与各种通用外设进行数据交换。 中断控制器（PIC/GIC）的结构解析： 分析中断的产生、延迟、优先级编码的物理实现，以及如何通过向量表优化服务程序的跳转效率。 直接内存访问（DMA）的拓扑与效率： 详细解读DMA通道的配置、数据传输模式（如突发模式、散播/收集模式）的性能差异，以及如何避免总线争用带来的性能波动。 时钟域管理与频率综合： 讨论PLL、分频器等电路对系统整体功耗和运行稳定性的影响，强调时钟树的设计对于系统性能的一致性作用。 第二部分：固件设计与代码优化策略 本部分侧重于固件的结构化编程、模块化设计，以及在C/C++语言层面实现极致性能的代码技巧，完全避开操作系统层面的调度讨论。 第三章：结构化编程范式在嵌入式中的应用 状态机设计与实现： 探讨使用有限状态机（FSM）管理复杂逻辑流的通用方法，包括事件驱动和轮询驱动的FSM实现，重点在于状态转换的清晰度和健壮性。 数据结构的选择与内存布局： 分析栈、堆、静态内存池在资源受限环境下的适用性，以及如何通过结构体对齐和位字段优化来减小内存占用和提高访问速度。 资源抽象层（HAL）的构建哲学： 阐述如何设计一套稳健的硬件抽象层，以确保驱动代码的平台可移植性和代码复用性。 第四章：编译器、链接器与二进制文件的魔术 本章深入探究代码在编译和链接过程中发生的关键转换，这些转换直接决定了最终运行的效率。 优化等级的深度剖析： 分析GCC/Clang等编译器在不同优化选项（如-O1, -O2, -Os, -Ofast）下对代码生成的影响，特别是循环展开、函数内联对缓存命中率的潜在双刃剑效应。 链接脚本的艺术： 如何精确控制代码段、数据段、以及初始化数据在目标内存（FLASH/RAM）中的布局，以满足特定的硬件要求（如Bootloader、代码保护区）。 符号解析与程序启动流程： 详细追踪从复位向量到`main()`函数被调用的全过程，解析启动代码（Startup Code）的作用与实现细节。 第三部分：系统集成与健壮性工程 本部分关注于如何将独立的硬件与软件模块整合成一个能够长期稳定运行的完整系统，强调系统层面的调试、验证和测试方法。 第五章：输入/输出（I/O）的可靠性与数据完整性 数据流控制与流量整形： 探讨如何在数据生产者和消费者之间建立有效的缓冲和流控制机制，以避免数据溢出或丢失，侧重于环形缓冲区（Ring Buffer）的优化实现。 校验与错误检测机制： 深入CRC、校验和在不同通信协议中的应用，以及在固件中实现快速、低开销错误检测算法的实践。 电源管理基础： 讨论如何通过管理处理器时钟频率、外设电源门控来实现低功耗目标，关注静态功耗与动态功耗的分离分析。 第六章：调试、仿真与系统级验证 本章介绍了一系列面向硬件的调试技术和工具链的使用，这些是确保系统稳定性的关键手段。 JTAG/SWD接口的深入应用： 不仅是代码下载，更详细介绍如何利用调试接口进行内存查看、硬件断点设置、以及对特定寄存器状态的实时捕获。 逻辑分析仪与示波器的有效协同： 讲解如何通过分析I/O引脚上的时序波形来定位硬件与软件交互中的时序问题（如信号上升沿、建立时间裕度）。 故障注入与压力测试： 介绍通过模拟外部干扰（如电压跌落、随机噪声注入）来验证系统设计鲁棒性的工程实践。 --- 本书面向读者 本书极其适合那些已经具备C/C++语言基础，并希望从“使用嵌入式操作系统”的层面提升到“理解和设计底层硬件与固件交互机制”的资深工程师、硬件架构师、以及对系统性能有极致要求的开发者。阅读本书将使您能够设计出即使在没有复杂调度器介入的情况下，依然能保证稳定和高效运行的嵌入式解决方案。

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这本书的独特之处在于它不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的启发。作者在讲解每一个概念时，都会引导读者思考“为什么”和“如何做”，从而培养读者独立思考和解决问题的能力。我非常欣赏书中关于“实时性与确定性”的讨论。作者并没有简单地将两者混为一谈，而是通过清晰的定义、生动的图示和具体的代码示例，将它们之间的区别与联系阐述得淋漓尽致。他用一个“定时炸弹”的比喻来形容确定性，即爆炸的时间是精确可预测的，而实时性则更侧重于在规定时间内完成任务，即使时间不是绝对精确的。随后，他深入探讨了在嵌入式系统中如何实现实时性和确定性，例如利用硬实时操作系统、静态分析等技术。这对于我理解如何构建高可靠性、高安全性的嵌入式系统，提供了全新的思路。书中对“嵌入式系统中的功耗优化”的讲解也让我受益匪浅。作者详细介绍了多种低功耗技术，如电源管理单元（PMU）、动态电压频率调整（DVFS）、唤醒源管理等，并结合实际案例，展示了如何在嵌入式系统中实现节能优化。他提出的功耗分析方法和优化策略，对于我理解如何在延长电池寿命方面做出贡献，具有重要的指导意义。让我印象深刻的是，作者在讲解“嵌入式系统中调试技术”时，他分享了他自己在实际项目中遇到的一些棘手问题，以及他是如何通过一系列的调试工具和技巧来定位和解决的。这些真实的案例，比任何理论讲解都更能触动人心，让我看到了理论与实践之间的巨大鸿沟，以及如何通过不断的学习和实践来弥合它。这本书的深度和广度，让我感到耳目一新，它不仅仅是一本技术书籍，更是一本能够启发思维、提升能力的宝典，让我对嵌入式系统有了更深层次的理解和认识。

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这本书的优点在于其深度与广度的完美结合。它不仅涵盖了嵌入式系统领域的核心概念，而且在每一个概念的阐述上都深入挖掘，力求让读者理解其本质。我印象最深刻的是关于“并发与并行”的讨论。作者并没有简单地将它们混为一谈，而是通过清晰的定义、生动的图示和具体的代码示例，将它们之间的区别与联系阐述得淋漓尽致。他用一个多人同时在不同泳道游泳（并行）和一个单人轮流在不同泳道游泳（并发）的类比，让我对这两个概念有了直观的认识。随后，他深入探讨了在嵌入式系统中如何实现并发和并行，例如利用多核处理器、硬件加速等技术。这对于我理解如何提升嵌入式系统的处理能力，提供了全新的思路。书中对“内存管理”的讲解也同样精彩。作者没有停留在操作系统层面，而是深入到嵌入式系统的硬件层面，讨论了各种内存类型（RAM、ROM、Flash）的特点、访问方式以及它们对实时性能的影响。他特别强调了在资源受限的嵌入式环境中，如何进行高效的内存管理，避免内存泄漏和碎片化。他提出的内存分配策略和优化技巧，对于我今后在资源有限的嵌入式平台上进行开发，具有极高的参考价值。此外，书中关于“低功耗设计”的章节，也给我留下了深刻的印象。作者详细介绍了多种低功耗技术，如电源管理单元（PMU）、动态电压频率调整（DVFS）、唤醒源管理等，并结合实际案例，展示了如何在嵌入式系统中实现节能优化。这对于我理解如何在延长电池寿命方面做出贡献，具有重要的指导意义。这本书的深度和广度，让我感到耳目一新，它不仅仅是一本技术书籍，更是一本能够启发思维、提升能力的宝典，让我对嵌入式系统有了更深层次的理解和认识。

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这本书的写作风格非常引人入胜，作者就像一位经验丰富的向导，带领我穿越实时嵌入式系统的复杂迷宫。他并没有上来就抛出晦涩难懂的术语，而是从读者最熟悉的生活场景入手，逐步引导读者进入技术的世界。我特别喜欢作者在讲解“实时操作系统（RTOS）的调度器”时所做的比喻。他将其比作一个高效的交通指挥员，能够根据车辆的紧急程度和目的地，合理安排它们的行驶路线，确保交通的顺畅。这个生动形象的比喻，让我一下子就理解了调度器在RTOS中的核心作用，以及它如何影响系统的实时性能。书中对“嵌入式系统的通信协议”的讲解也让我印象深刻。作者详细介绍了多种常用的通信协议，例如UART、SPI、I2C、CAN等，并对它们的特点、工作原理以及适用场景进行了深入的分析。他通过大量的图示和代码示例，让我能够清晰地看到这些协议是如何在嵌入式设备之间进行数据交换的。这对于我未来在进行嵌入式设备互联互通的设计时，提供了重要的参考。让我印象深刻的是，作者在讲解“实时操作系统（RTOS）的任务状态管理”时，他用一个“等待列表”的比喻，让我对任务在就绪、运行、阻塞等状态之间的切换有了直观的理解。他强调了任务状态管理的效率和准确性对于保证系统实时性的重要性。总而言之，这本书以其引人入胜的讲解方式和丰富的实例，让我对实时嵌入式系统的各个方面都有了更深入的认识，它不仅传授了知识，更培养了我解决问题的能力，让我对未来的嵌入式开发工作充满了信心。

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这本书的封面设计就吸引了我，简洁大方，又不失专业感，仿佛预示着内容的高度浓缩和精炼。当我翻开第一页，就被作者严谨的逻辑和流畅的文笔所折服。虽然书名中带有“实时”和“嵌入式系统”这两个技术性极强的词汇，但作者在开篇就用非常浅显易懂的语言，将原本枯燥的概念具象化，让我很快就进入了状态。他没有上来就抛出复杂的公式和算法，而是从最基础的应用场景入手，比如家用电器、汽车电子，这些我们日常生活中随处可见的例子，瞬间拉近了技术与我们的距离。我尤其欣赏作者在解释“实时性”时所做的类比，他将之比作一场精彩的交响乐演奏，每一个乐章、每一个音符都必须在恰当的时间点出现，否则就会破坏整体的和谐。这种形象的比喻，让我一下子就抓住了实时系统的核心要义：时间是不可违逆的，必须在规定的时间内完成任务。随后，作者开始逐步深入，讨论了实时操作系统（RTOS）的架构、任务调度算法，以及中断处理机制。虽然我对RTOS有过一些初步了解，但这本书的讲解方式让我受益匪浅。作者并没有止步于理论的陈述，而是结合了大量的代码示例和图示，让我能够清晰地看到不同调度算法在实际场景中的表现差异。例如，在讨论优先级抢占式调度时，他用一个生动的小故事，描绘了一个高优先级任务如何“打断”低优先级任务的执行，让我对这种机制有了直观的理解。而且，书中对中断处理的讲解也相当到位，作者强调了中断处理的及时性和正确性对于整个系统稳定运行的重要性，并提供了一些优化中断处理的实用技巧，这对于我今后的嵌入式开发工作无疑是宝贵的财富。总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，循循善诱地引导我走进实时嵌入式系统的奇妙世界，让我对其有了更深刻、更全面的认识，为我未来的学习和实践打下了坚实的基础。

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这本书的逻辑结构非常严谨，从基础概念到高级主题，都安排得井井有条，让读者能够轻松地跟随作者的思路进行学习。我非常喜欢书中关于“信号量与互斥锁”的章节。作者不仅详细解释了这两种同步机制的定义和工作原理，还通过多个实际应用场景，阐述了它们各自的优缺点以及适用范围。例如，在讲解信号量时，他用一个“交通灯控制”的例子，展示了信号量如何用于控制资源的访问，确保多个进程能够有序地共享资源。在讲解互斥锁时，他用一个“银行账户访问”的例子，展示了互斥锁如何防止多个线程同时修改同一个数据，避免数据不一致。这些生动的例子，让我对抽象的同步概念有了更深刻的理解。书中关于“实时数据库”的讨论也让我受益匪浅。作者详细介绍了实时数据库的特点，例如数据的高速采集、低延迟访问、历史数据存储等，并阐述了它在工业自动化、金融交易等领域的应用。他提供了一些关于如何设计和优化实时数据库的建议，例如如何选择合适的数据存储格式、如何进行高效的数据查询和索引等。这对于我未来在需要处理大量实时数据的嵌入式系统中进行开发，提供了重要的参考。让我印象深刻的是，作者在讲解“实时操作系统（RTOS）的移植”时，分享了他自己在实际项目中遇到的一些常见问题，以及他是如何通过一系列的调试和优化来解决的。这些真实的案例，比任何理论讲解都更能触动人心，让我看到了理论与实践之间的巨大鸿沟，以及如何通过不断的学习和实践来弥合它。这本书的严谨逻辑和丰富实例，让我对嵌入式系统有了更全面的认识，并为我未来的开发工作打下了坚实的基础。

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这本书的封面设计和排版都给我留下了深刻的印象，简洁而专业，让人一看就感觉内容会非常扎实。我特别喜欢书中关于“多任务同步与通信”的章节。作者并没有简单地罗列各种同步机制，而是通过一个精心设计的“电梯控制”系统，将信号量、互斥锁、消息队列等多种同步机制有机地结合起来，展示了它们在解决实际问题中的应用。我通过书中提供的详细流程图和代码片段，能够清晰地看到不同同步机制是如何协同工作的，以及它们如何共同确保电梯系统的安全、高效运行。这让我对多任务同步有了更直观、更深刻的理解。书中对“实时操作系统（RTOS）的裁剪与配置”的讨论也让我受益匪浅。作者详细介绍了如何在不同的嵌入式平台上，根据实际需求对RTOS进行裁剪和配置，以减小代码体积、降低内存占用，并优化性能。他提供了一些实用的技巧和工具，让我能够根据具体的项目需求，打造出最适合的RTOS环境。这对于我未来在资源受限的嵌入式平台上进行开发，具有极高的参考价值。让我印象深刻的是，作者在讲解“嵌入式系统中常用的数据结构”时，他并没有仅仅停留在理论层面，而是结合了实际应用场景，例如链表在任务调度中的应用、队列在消息通信中的应用等。他强调了选择合适的数据结构对于提升系统性能的重要性。总而言之，这本书以其独特的讲解方式和丰富的实例，让我对实时嵌入式系统的各个方面都有了更深入的认识，它不仅传授了知识，更培养了我解决问题的思维方式，让我对未来的嵌入式开发工作充满了信心。

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这本书最大的特色在于它将抽象的技术概念，用非常具象的方式呈现出来，仿佛作者能预知我可能会遇到的困惑，并提前准备好了答案。我尤其欣赏作者在讲解“中断向量表”时所做的比喻。他将其比作一个电话簿，每一个号码（中断向量）都对应着一个特定的联系人（中断服务程序）。当有新的来电（中断请求）时，系统就会根据来电号码，快速找到对应的联系人，并与之通话。这个生动的比喻，让我一下子就理解了中断向量表在中断处理机制中的核心作用。随后，他才深入讲解了中断向量表的构成、生成过程以及在不同硬件平台上的实现细节。书中对“实时性分析”的讨论也让我印象深刻。作者没有仅仅停留在理论层面，而是提供了一些非常实用的分析工具和方法，例如最坏情况执行时间（WCET）分析、截止时间分析等。他通过详细的案例分析，演示了如何利用这些工具来预测和评估系统的实时性能，以及如何识别和解决潜在的实时性问题。这对于我未来在开发高可靠性、高实时性的嵌入式系统时，提供了非常重要的参考。让我印象深刻的是，作者在讲解“看门狗定时器”（Watchdog Timer）时，将其比作一个尽职尽责的保安。当系统出现异常，无法正常响应时，看门狗就会“唤醒”系统，使其重新启动。这个生动形象的比喻，让我对看门狗的作用有了直观的理解，并认识到它在保证系统稳定性和可靠性方面的重要性。总而言之，这本书以其独特的讲解方式和丰富的实例，让我对实时嵌入式系统的理解更上一层楼，它不仅教授了我知识，更培养了我解决问题的思维方式，让我对未来的嵌入式开发工作充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排非常合理，循序渐进，从概念的引入到具体技术的剖析，再到实际应用的探讨，层层递进，没有跳跃感。作者在处理复杂概念时，总是能够化繁为简，用清晰的语言和恰当的图表来辅助说明。我特别喜欢书中关于“任务间通信”的章节，作者详细介绍了多种通信机制，如信号量、互斥锁、消息队列等，并对它们的适用场景和优缺点进行了深入的对比分析。他用一个“生产者-消费者”模型来解释这些机制的工作原理，我通过书中提供的伪代码和逻辑流程图，很快就理解了它们是如何在多任务环境下实现数据共享和同步的。让我印象深刻的是，作者在讨论互斥锁时，提醒读者要注意“死锁”的可能性，并给出了几种避免死锁的策略，这无疑是嵌入式开发中一个非常容易被忽视但又极其关键的问题。此外，书中对“实时调度”的讲解也非常精彩。作者深入剖析了多种常见的调度算法，如固定优先级调度、轮转调度、速率单调调度等，并详细介绍了它们在不同应用场景下的性能表现。通过书中提供的性能评估方法和案例分析，我能够更清晰地认识到选择合适的调度算法对于保证系统实时性的重要性。作者并没有仅仅停留在理论层面，而是通过大量的实例，展示了这些算法在实际嵌入式系统中的应用，例如在汽车发动机控制、航空电子设备等领域。这些生动的案例，让我对实时调度的实际意义有了更深刻的理解。我认为，这本书最大的亮点在于它不仅传授了知识，更培养了读者的系统性思维和解决问题的能力，让我能够更好地应对复杂的嵌入式系统开发挑战。

评分☆☆☆☆☆

这本书的写作风格非常独特，作者仿佛是一位经验丰富的工程师，在娓娓道来地讲述自己多年的开发心得。他并没有使用过于学术化的语言，而是将深奥的实时系统概念，用生动形象的比喻和贴近实际的例子进行了阐释。我记得在介绍“实时时钟”（RTC）时，他并没有直接讲解其硬件原理，而是将其比作一台精密的计时器，强调了其在记录事件发生时间、实现周期性任务等方面的作用。然后，他才逐步引入RTC的内部结构和工作原理，以及如何通过软件来访问和控制它。这种由浅入深、由表及里的讲解方式，让我这种初学者也能够轻松地理解其中的奥秘。书中关于“嵌入式系统的硬件约束”的讨论也让我受益匪浅。作者强调，与PC机不同，嵌入式系统往往受到成本、功耗、体积等方面的严格限制，这会直接影响到我们对软件设计的选择。他通过对比不同微控制器系列的性能特点和功耗表现，让我认识到在实际项目中，如何权衡性能与资源之间的关系，从而做出最优的设计决策。让我印象深刻的是，作者在探讨“实时性保证”时，分享了他自己在实际项目中遇到的一些棘手问题，以及他是如何通过精心的调试和优化来解决的。这些真实的案例，比任何理论讲解都更能触动人心，让我看到了理论与实践之间的巨大鸿沟，以及如何通过不断的学习和实践来弥合它。这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一位老朋友在分享宝贵的经验，让我感到亲切而受启发，让我对嵌入式开发充满了信心和热情。

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当我拿到这本书时，我的第一感觉是它一定是一本非常实用的操作指南，因为从书名来看，它聚焦于“实时概念”和“嵌入式系统”，这两个我一直非常感兴趣的领域。果然，翻开书页，我发现作者的讲解方式非常注重实操性。他没有回避那些看似枯燥的技术细节，而是将它们拆解开来，逐一进行详细的讲解。我尤其赞赏他在讲解“任务优先级”时所做的类比。他用一个繁忙的厨房来形容一个嵌入式系统，厨师（CPU）需要同时处理烹饪、洗碗、配料等各种任务。优先级就像是任务的紧急程度，主菜（高优先级）需要优先处理，而清理桌子（低优先级）可以稍后进行。通过这个生动形象的例子，我一下子就理解了为什么需要优先级，以及它在多任务系统中扮演着怎样的角色。书中还提供了大量的代码片段，这些代码不仅仅是示意性的，而是真正可以直接在嵌入式开发板上运行的。作者在代码注释中，详细解释了每一行代码的含义和作用，以及它如何与前面的概念相呼应。这对我来说是极其宝贵的，因为我一直认为，只有通过实践，才能真正掌握这些技术。我还特别关注了书中关于“实时性能指标”的章节。作者详细介绍了如何衡量和评估一个嵌入式系统的实时性能，例如任务的响应时间、延迟、吞吐量等。他提供了一些实用的工具和方法，让我能够客观地分析系统的性能瓶颈，并进行有针对性的优化。这些内容对于我未来进行嵌入式系统的性能调优，无疑具有指导性的意义。总而言之，这本书以其极强的实践导向和丰富的示例，帮助我建立起对实时嵌入式系统的全面认知，让我能够将理论知识转化为实际的开发能力，为我未来的职业发展奠定了坚实的基础。

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纯理论的书，里面讲Mutex和Binary Semaphore的区别，priority inversion等等

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