DSP处理器和微控制器硬件电路 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:化学工业

作者:赵负图

出品人:

页数:397

译者:

出版时间:2006-3

价格:58.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502577933

丛书系列:

图书标签:

• DSP
• 处理器
• 微控制器
• 硬件电路
• 数字信号处理
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 电路设计
• ARM
• TI

《深入理解数字信号处理与嵌入式系统：从底层硬件到应用实践》 本书是一本面向数字信号处理（DSP）和微控制器（MCU）领域从业者、研究人员及高级爱好者的深度技术专著。它旨在为读者构建一个扎实的理论基础，并在此之上，深入剖析现代DSP处理器和微控制器在硬件架构、指令集、存储器管理、中断机制、外设接口以及功耗优化等方面的核心设计理念与实现细节。 本书亮点与内容梗概： 第一部分：数字信号处理硬件核心解析 DSP处理器架构演进与关键技术： 哈佛架构与改进型哈佛架构： 详细阐述独立指令和数据存储器访问带来的性能优势，以及如何通过缓存、流水线等技术进一步提升吞吐量。 专门化的DSP指令集： 深入分析MAC（乘累加）单元、饱和算术、位反转指令等如何加速傅里叶变换、滤波器等DSP算法的执行。 多核与异构DSP设计： 探讨多核DSP在并行计算和任务分配方面的挑战与解决方案，以及与CPU、GPU等异构计算单元的协同工作模式。 DSP处理器的高级特性： 讲解SIMD（单指令多数据流）扩展、DMA（直接存储器访问）控制器、向量处理单元等如何实现高效的数据并行处理。 DSP处理器的高级存储器组织与访问： 内部RAM与ROM结构： 分析片上缓存（L1、L2）、共享内存、Scratchpad Memory等不同类型内部存储器的特性、访问时序和优化策略。 外部存储器接口与控制： 详细介绍SDRAM、DDR SDRAM、NOR/NAND Flash等外部存储器的接口时序、控制器设计以及如何应对不同存储介质的电气特性和读写性能差异。 存储器映射与地址空间管理： 讲解虚拟地址、物理地址、MMU（内存管理单元）的作用，以及如何在DSP系统中高效地管理和分配地址空间。 数据预取与缓存一致性： 深入剖析缓存预取技术如何隐藏存储器访问延迟，以及多核系统中缓存一致性协议（如MESI）的实现原理和对性能的影响。 DSP处理器的高级中断与异常处理： 中断控制器设计与管理： 详细介绍优先级、向量化、嵌套中断等机制，以及如何设计高效的中断服务例程（ISR）。 实时性保障与延迟分析： 探讨中断延迟的来源，以及如何通过硬件设计和软件优化来满足严格的实时性要求。 异常处理与故障恢复： 分析各种异常（如总线错误、非法指令）的发生机制，以及系统如何进行异常捕获和恢复。 第二部分：嵌入式微控制器硬件深度剖析 微控制器核心架构与指令集： ARM Cortex-M系列架构详解： 深入解析Cortex-M0、M3、M4、M7等不同系列在流水线、寄存器组、功耗特性上的差异，以及Thumb/Thumb-2指令集带来的代码密度优势。 RISC-V架构的崛起与应用： 介绍RISC-V开放指令集架构的优势，包括模块化设计、可扩展性和广泛的应用前景。 其他主流MCU架构： 简要回顾AVR、PIC等经典MCU架构，并分析其在特定领域的应用优势。 微控制器存储器接口与管理： 片上Flash与EEPROM： 讲解Flash的擦写原理、寿命限制、配置选项，以及EEPROM在非易失性数据存储中的应用。 SRAM与寄存器映射： 分析片上SRAM的访问速度、位宽，以及I/O端口、外设控制寄存器在地址空间中的映射关系。 外部存储器扩展： 介绍QSPI、SPI Flash、SD卡接口等，以及如何连接和驱动外部存储设备。 微控制器核心外设与接口： 通用输入/输出（GPIO）： 详细讲解GPIO的模式配置、上拉/下拉电阻、驱动能力，以及如何实现基本的输入输出控制。 定时器/计数器： 深入解析定时器的多种工作模式（如PWM生成、输入捕获、定时中断），以及其在精确计时、脉冲测量等方面的应用。 串行通信接口： UART/USART： 详解异步串行通信的波特率、数据位、停止位、校验位设置，以及与PC、其他MCU的通信。 SPI： 介绍同步串行通信的主从模式、时钟极性与相位（CPOL/CPHA），以及在连接传感器、存储器等设备中的应用。 I2C： 讲解双向通信的总线仲裁、地址寻址机制，以及在连接多种低速外设中的优势。 模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）： 深入分析ADC的采样率、分辨率、参考电压、转换模式（单次、连续），以及DAC的输出精度和应用场景。 控制器局域网（CAN）总线： 详细介绍CAN协议的帧格式、仲裁机制、错误检测，以及在汽车电子、工业自动化中的应用。 USB接口： 介绍USB协议的枚举过程、端点类型、通信模式，以及在连接PC、外设方面的应用。 以太网接口： 探讨MAC层和PHY层的设计，以及在嵌入式设备联网中的应用。 LCD/TFT控制器： 讲解显示驱动原理、时序控制，以及如何驱动图形显示屏。 微控制器功耗管理与低功耗设计： 休眠模式与唤醒源： 详细介绍不同的低功耗模式（如Sleep、Deep Sleep、Standby），以及如何选择合适的唤醒源（如定时器、中断）。 时钟门控与动态电压频率调整（DVFS）： 讲解如何关闭不使用的时钟域，以及动态调整工作频率和电压以降低功耗。 电源管理单元（PMU）设计： 分析PMU在系统级功耗优化中的作用，以及如何管理不同电压域。 第三部分：硬件与软件的融合实践 DSP处理器与MCU的协同工作： 总线接口与数据交换： 探讨DSP与MCU之间通过共享内存、专用总线、通信协议（如SPI、UART）进行数据交换的策略。 任务分配与并行处理： 分析如何将DSP的计算密集型任务与MCU的控制、I/O任务进行有效划分，实现整体系统的性能最优化。 嵌入式实时操作系统（RTOS）在多处理器系统中的应用： 讲解RTOS如何管理多核资源、处理任务调度、同步与通信。 高级外设集成与驱动开发： 传感器接口设计与数据采集： 介绍如何选择合适的传感器，并对其进行硬件接口设计，以及开发高效的数据采集驱动。 通信协议栈的硬件加速： 探讨在DSP或MCU上实现硬件加速的通信协议（如TCP/IP、TLS），以减轻CPU负担。 图形显示与用户界面开发： 介绍嵌入式图形库的使用，以及如何利用硬件加速进行图像渲染。 嵌入式系统调试与性能优化： JTAG/SWD调试接口： 讲解调试器的使用，包括断点设置、单步执行、寄存器查看、内存监控等。 逻辑分析仪与示波器的应用： 介绍如何利用这些工具分析信号时序、协议细节，从而定位硬件问题。 性能分析工具： 探讨代码剖析、功耗测量等技术，以识别性能瓶颈并进行优化。 本书力求通过严谨的理论分析、清晰的架构图示、详实的寄存器描述以及富有启发性的代码示例，帮助读者深刻理解DSP处理器和微控制器的硬件精髓，从而能够设计出更高效、更可靠、更具竞争力的嵌入式系统。无论是进行高性能的信号处理应用，还是开发功能丰富的嵌入式设备，本书都将是您宝贵的参考资料。

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从教育者的角度来看，我一直在寻找一本能够帮助本科高年级学生或初级研究生建立“数字系统思维”的教材。这本书的标题暗示了它试图连接高层算法思维与底层物理实现之间的鸿沟。我的主要顾虑是，它是否能用一种循序渐进的方式，将抽象的DSP概念（如Z变换、滤波器设计）映射到具体的硬件组件（如乘法器、累加器、硬件加速单元）上？我希望看到的是，如何从一个差分方程出发，一步步推导出其在硬件乘法累加（MAC）单元上的实现路径，包括位宽的选择、溢出处理的硬件逻辑设计。如果这本书能提供大量的图示，清晰地展示数据流在不同硬件模块间的流动，特别是流水线阶段的划分和数据通路的选择，这将极大地帮助学生理解“为什么某些算法在硬件上比在通用CPU上快得多”的根本原因。它应该是一本能让学生在画出第一个逻辑门电路图时，就能联想到它在DSP流水线中的位置的“桥梁之书”。

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我最近一直在攻克一个棘手的项目，涉及到在资源极其受限的微控制器上部署复杂的傅里叶变换（FFT）。因此，我迫切需要一本能够提供详尽的、面向具体芯片系列的优化技巧的书籍。这本书的目录虽然令人振奋，声称涵盖了多种主流DSP架构的特性，但我真正想知道的是，它是否真正深入到了汇编层面的代码优化？例如，对于TI C6000系列或者ADI的SHARC处理器，书中是否详细对比了循环展开、指令调度（Instruction Scheduling）对延迟和吞吐量的实际影响？我更青睐那种带着实际示波器截图和性能测试数据的分析，而非仅仅是理论公式的堆砌。毕竟，理论上的最优解在实际的芯片上往往会因为缓存未命中、总线竞争等硬件瓶颈而大打折扣。如果这本书能提供一个清晰的“硬件瓶颈诊断流程图”，指导读者如何通过观察硬件性能计数器来反推软件设计中的低效之处，那它就不仅仅是一本参考书，而成了我的“调试圣经”。我对那些只停留在“使用DSP库”层面的书籍已经感到厌倦了。

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这本书的装帧和排版质量令人印象深刻，字体清晰，图表绘制精美，这在技术手册中是难能可贵的。不过，我更关注的是其内容的“前瞻性”和“普适性”。当前，FPGA和可编程SoC（如Xilinx Zynq或Intel SoC FPGAs）正日益成为高性能嵌入式系统的首选。这本书如果仅仅聚焦于传统的固定功能DSP芯片，那么它的价值可能会随着市场趋势而减弱。我希望看到至少一部分内容能够探讨如何利用可编程逻辑（如Verilog/VHDL）来实现定制化的硬件加速器，并将其无缝集成到基于MCU/MPU的系统中。例如，如何利用片上逻辑资源实现一个自定义的FIR滤波器结构，并设计高效的AXI接口与ARM核进行数据交换。如果书中能提供一个模块化的方法论，指导读者如何将C语言实现的算法“硬件化”或“可综合化”，那将是巨大的加分项。我期待它能反映出最新一代SoC的设计哲学，即软件定义的硬件能力。

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我是一名经验丰富的系统集成工程师，我的工作重心在于确保多个异构处理器之间的数据同步和通信效率。在我的项目中，我们经常需要让一个低功耗的MCU负责传感器数据采集和预处理，然后将数据包高效地传输给一个高性能的DSP进行复杂的模式识别。因此，我非常关注书中关于片间通信（Inter-Processor Communication, IPC）和内存一致性（Memory Coherency）的章节。这本书是否探讨了诸如双口RAM（Dual-Port RAM）的仲裁机制、DMA请求链的构建，或者甚至更前沿的片上网络（NoC）在SoC设计中的应用？我尤其想了解在实时操作系统（RTOS）环境下，如何安全且高效地管理共享资源，避免死锁和优先级反转，特别是当涉及到DMA控制器绕过主CPU直接访问内存时。对于那些仅仅停留在SPI/I2C这种低速外设介绍的书籍，我已经不感兴趣了。我需要的是能够应对GHz级别数据吞吐量的硬件接口策略。

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这本书的封面设计得非常醒目，深沉的蓝色背景上跳跃着明亮的橙色电路图线条，给人一种既专业又充满活力的感觉。我是在寻找一本能深入解析现代数字信号处理（DSP）技术与微控制器（MCU）底层硬件交互的实用指南时发现它的。坦白说，我对这本书的期望值很高，毕竟它涵盖了两个在嵌入式系统领域至关重要的核心技术。我特别关注其中关于硬件架构如何支撑高效的算法实现这一块内容。我的一个主要痛点一直是，市面上很多教材要么过于侧重理论推导，缺乏实际的硬件映射；要么就是只停留在应用层API的介绍，对底层寄存器操作和时序控制含糊其辞。我期待这本书能像一把瑞士军刀，既能展示如何优化浮点运算的流水线，又能清晰阐述如何配置DMA控制器以实现零CPU干预的数据传输。如果它能提供一些关于如何选择合适的片上资源（如缓存大小、中断优先级设计）来平衡实时性与功耗的实战案例，那绝对是物超所值了。特别是对于需要开发高性能音频处理、雷达或电机控制系统的工程师来说，这种深入到硬件层面的理解是不可或缺的基石。

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