ARM9 嵌入式系统设计与开发教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:于明

出品人:

页数:324

译者:

出版时间:2006-4

价格:32.0

装帧:平装

isbn号码:9787121024207

丛书系列:

图书标签:

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• ARM9
• 嵌入式系统
• 单片机
• 开发教程
• 硬件设计
• 软件开发
• C语言
• 汇编语言
• 实践案例
• 嵌入式Linux

深入理解现代处理器架构与应用开发 图书名称： ARMv8 架构与 Cortex-A 系列高效能系统实现 内容提要 本书聚焦于当前主流的 ARMv8 架构，特别是面向高性能计算和复杂嵌入式应用场景的 Cortex-A 系列处理器。它旨在为读者提供一套全面、深入且具备实战指导意义的知识体系，涵盖从底层硬件原理到上层应用软件开发的完整链条。本书的定位不是针对特定的旧有或低功耗平台，而是着眼于未来计算趋势和企业级系统设计的最新需求。 第一部分：ARMv8 架构的深度解析与模型建立 本部分将彻底剖析 ARMv8-A 架构的设计哲学、指令集特性以及内存模型。我们将超越对基础指令集的简单罗列，着重于理解现代处理器如何实现高性能和高能效的平衡。 第一章：ARMv8 架构概述与演进脉络 现代处理器设计范式： 探讨从冯·诺依曼到乱序执行、多发射流水线的设计演变，阐述 ARMv8 在这一历史进程中的定位。 AArch64 状态深入剖析： 详细介绍 64 位执行状态的寄存器组、堆栈布局和异常模型。重点分析 AArch64 与 AArch32 之间的互操作性机制，以及何时以及如何进行状态切换。 内存模型与一致性： 这是理解多核编程和系统性能的关键。本书将深入讲解 ARMv8 的内存一致性模型（Memory Consistency Model），区分 Load/Store 语义，并介绍数据同步原语（如 Load-Exclusive/Store-Exclusive）的底层实现原理，指导读者编写出跨平台、无竞态的并发代码。 第二章：流水线、分支预测与性能调优基础 微架构初探： 介绍 Cortex-A 系列处理器典型的乱序执行引擎结构。分析指令获取、解码、重排序缓冲（ROB）和写回站的工作流程，帮助读者理解指令延迟和吞吐量。 分支预测机制： 详细解析硬件分支预测器（如 GShare、TAGE 结构）的工作原理及其对程序性能的影响。通过实例分析，指导开发者如何重构代码逻辑以最大化分支预测的准确率，避免昂贵的流水线停顿。 指令延迟与依赖性分析： 探讨数据依赖（RAW, WAR, WAW）如何影响指令调度。提供性能分析工具的使用指南，用以识别和消除指令级并行（ILP）的瓶颈。 第二部分：系统级硬件与固件开发实战 本部分将指导读者构建和初始化一个完整的 ARMv8 系统环境，重点关注系统启动过程、特权级管理和安全机制。 第三章：启动序列与特权级管理 系统启动流程（Boot Sequence）： 详细描述从芯片上电复位（POR）到操作系统内核接管控制权的完整路径。讲解 Boot ROM、BL1（Secure Firmware）和 BL2（UEFI/ATF）的作用。 ARMv8 异常模型与安全扩展（TrustZone）： 深入讲解 EL0 到 EL3 四个异常级别的职责划分。重点实现 TrustZone 隔离机制，包括安全世界（Secure World）和非安全世界（Non-Secure World）的切换、内存隔离（Secure Memory Partitioning）和中断处理的差异。 通用中断控制器（GICv4）： 学习如何编程和配置 GICv4 硬件，理解硬件中断的路由、优先级设置以及软件生成的中间状态（SGI）在多核系统中的应用。 第四章：内存管理单元（MMU）与虚拟化 页表结构与转换机制： 详述 ARMv8 MMU 的两级或三级页表结构，分析地址转换过程（VATR、TTBRn）。重点讲解页表项（PTE）中的访问权限、缓存控制位（C/B/S）的含义，以及它们如何影响应用程序的缓存一致性。 缓存（Cache）层次结构与维护： 分析 L1、L2、L3 缓存的组织结构和替换策略。讲解操作系统内核和驱动程序必须执行的缓存维护操作（如 `DCache clean/invalidate`），避免数据不一致的陷阱。 虚拟化支持（Hypervisor Extensions）： 介绍 EL2 层的核心功能，包括地址空间控制（VMID、Stage-2 Translation）和设备虚拟化（IOMMU/SMMU）的基本配置，为构建现代云原生嵌入式系统打下基础。 第三部分：驱动开发与高性能软件实现 本部分侧重于如何在已配置好的硬件基础上，编写高效、健壮的底层驱动和系统软件组件。 第五章：设备树（Device Tree）与硬件描述 设备树在现代 Linux/BSD 系统中的角色： 讲解设备树（DTB）如何取代硬编码的板级支持包（BSP）。分析 DTS 文件的语法结构，包括节点、属性和地址映射。 DTS 资源绑定与驱动匹配： 学习如何正确描述 CPU 拓扑、中断资源、内存区域和外设地址空间，并理解内核如何通过兼容性字符串（`compatible`）将硬件资源绑定到相应的驱动程序。 第六章：高性能并发编程与原子操作 锁机制的硬件基础： 回到第一部分的内存模型，深入探讨如何利用 Load-Exclusive/Store-Exclusive (LDXR/STXR) 指令集来实现无锁队列、自旋锁和信号量等复杂同步原语，避免使用效率低下的全局中断屏蔽。 内存屏障（Data Synchronization Barrier）： 详细区分 DMB（Data Memory Barrier）、DSB（Data Synchronization Barrier）和 ISB（Instruction Synchronization Barrier）的使用场景。提供实际案例，展示在关键数据结构更新时，正确插入内存屏障以保证可见性的方法。 向量扩展（SVE/NEON）编程基础： 介绍用于 SIMD 加速的 NEON 单元，重点讲解如何使用 C/C++ 内联汇编或特定编译器内置函数，对图像处理、信号处理算法进行矢量化优化，以充分榨干 Cortex-A 核心的吞吐能力。 第七章：内核模块与用户空间接口 字符设备驱动框架： 编写一个功能完备的内核模块，演示如何使用现代内核 API 注册设备、处理 I/O 控制命令（ioctl）。 异步 I/O 与中断处理： 掌握中断服务程序（ISR）的编写规范，区分硬中断和软中断，并引入工作队列（Workqueue）和软中断（Softirq）机制，将耗时操作从实时中断上下文安全地转移出去。 用户空间访问控制： 介绍如何通过 `/sys` 文件系统或 `procfs` 接口向驱动程序暴露调试或配置参数，确保用户空间应用的可靠交互。 本书的最终目标是培养读者将理论知识转化为可运行、高性能、安全可靠的 ARMv8 嵌入式系统的能力，完全侧重于当前工业界广泛采用的高级处理器技术和软件栈。

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对于大多数初学者来说，嵌入式开发最令人望而却步的就是其复杂性和抽象性。《ARM9 嵌入式系统设计与开发教程》这本书，恰恰打破了这一壁垒。它并非生搬硬套枯燥的理论，而是通过大量生动形象的类比和循序渐进的讲解，让原本复杂的概念变得易于理解。我尤其喜欢书中对于 ARM9 处理器内部总线结构、存储器管理单元（MMU）以及缓存（Cache）工作原理的阐述。作者用非常直观的方式，将这些抽象的概念具象化，让我不再感到头晕脑胀。此外，书中对于嵌入式系统中常用的通信协议，如 UART、SPI、I2C 等，进行了非常详细的讲解，并且提供了在 ARM9 平台上实现这些通信的 C 语言代码示例。这对于我理解不同模块之间是如何进行数据交换的，起到了关键作用。而且，这本书的排版和图示也做得非常出色，清晰明了，有助于我快速定位信息。总的来说，这是一本非常适合想要快速上手 ARM9 嵌入式开发的人的入门读物。

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作为一名在嵌入式领域摸爬滚打多年的工程师，我一直寻求一本能够深入浅出、兼具理论深度与实践广度的教材。《ARM9 嵌入式系统设计与开发教程》无疑满足了我的这一需求。这本书的作者在讲解 ARM9 体系结构时，不仅仅局限于指令集和寄存器，而是更侧重于其在实际应用中的优势和特点，比如其强大的处理能力、低功耗特性以及丰富的片上外设接口。书中对于如何利用 ARM9 平台的特性来优化系统性能、降低功耗，提供了很多实用的指导和技巧。我特别欣赏书中关于嵌入式实时操作系统（RTOS）在 ARM9 平台上的应用分析，比如 FreeRTOS、uC/OS 等。它详细讲解了 RTOS 的内核机制、任务调度、进程间通信等核心概念，并提供了如何在 ARM9 上移植和使用这些 RTOS 的详细步骤。这对于我开发需要高实时性的嵌入式产品，非常有帮助。此外，书中还触及了更高级的主题，如嵌入式网络通信、文件系统设计等，为我拓展了更广阔的视野。

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坦白说，我原本对《ARM9 嵌入式系统设计与开发教程》并没有抱太高的期望，毕竟市面上同类书籍众多，质量参差不齐。然而，当我翻开它之后，就被深深吸引了。这本书最吸引我的地方在于，它并没有仅仅停留在 ARM9 的硬件层面，而是巧妙地将硬件与软件紧密结合。它详细讲解了如何在 ARM9 平台上进行嵌入式 Linux 的开发，从交叉编译环境的搭建，到 bootloader 的选择与配置，再到内核的编译与烧写，每一个步骤都细致入微。书中对于 Linux 内核中与 ARM9 架构相关的部分，比如设备树、中断处理机制，都有非常深入的剖析，而且结合了大量的实际代码示例。这对于我理解一个完整的嵌入式 Linux 系统是如何运行的，起到了至关重要的作用。我以前总是觉得 Linux 内核是个黑盒子，现在通过这本书，我感觉自己仿佛能窥探到它的内部运作原理。特别是关于驱动程序的编写部分，从简单的字符设备到更复杂的块设备，都通过具体的例子进行了演示，让我对驱动开发有了全新的认识。

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这本《ARM9 嵌入式系统设计与开发教程》简直是为我量身定做的！作为一名刚入门嵌入式领域的学生，我之前尝试过几本教材，但都因为过于理论化或者章节跳跃而让我感到吃力。这本书的出现，就像黑夜中的一道光。我尤其喜欢它从最基础的概念讲起，比如 ARM 体系结构的核心特点、寄存器的作用，甚至是汇编语言的基础指令集，都讲得非常清晰透彻。作者并没有直接跳到复杂的操作系统移植，而是循序渐进，通过一系列精心设计的实例，比如点亮一个 LED、读取按键输入，来帮助我理解硬件是如何工作的。每一次的实践操作，都让我对书本上的理论知识有了更直观的认识。更让我惊喜的是，书中还对常用的开发工具链，如 GCC、GDB，以及交叉编译器的使用进行了详细的介绍，这对于我这个刚开始接触嵌入式开发的人来说，是多么宝贵的经验！那些曾经让我头疼的编译错误和调试过程，现在都变得不再可怕。我甚至觉得，这本书不仅仅是在教授知识，更是在培养一种解决问题的思维方式。

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我是一名电子工程专业的毕业班学生，即将面临毕业设计。在选择毕业设计的开发平台时，ARM9 凭借其性能和成本的优势，成为了我的首选。《ARM9 嵌入式系统设计与开发教程》这本书，在我整个毕业设计的过程中，扮演了“百科全书”的角色。从最初的项目构思，到硬件选型，再到软件功能的实现，这本书都提供了宝贵的信息和参考。它对于各种 ARM9 系列芯片的特点和选型建议，以及相关的开发板介绍，让我能够快速地找到适合我项目需求的硬件平台。在软件开发方面，书中详细讲解了嵌入式 C 语言编程的技巧，以及如何利用 ARM9 的各种硬件资源，比如 GPIO、ADC、SPI、I2C 等，来实现各种功能。最让我印象深刻的是，书中对于嵌入式系统中的电源管理、复位与时钟系统等关键模块的设计和调试，都有非常深入的探讨。这对于我这种初学者来说，是之前很多教材都忽略的重要内容。这本书让我能够更自信地去面对毕业设计的挑战。

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