ARM System-on-Chip Architecture (2nd Edition) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Addison Wesley

作者:Steve Furber

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2000-08-14

价格:GBP 39.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780201675191

丛书系列:

图书标签:

• ARM
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• Computer.Architecture
• 设计
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现代嵌入式系统的基石：深入解析ARM处理器架构与应用 在当今高度互联和智能化飞速发展的时代，嵌入式系统无处不在，从我们口袋里的智能手机、穿戴设备，到汽车的导航系统、工业自动化设备，再到物联网中的各种传感器节点，它们构成了现代科技的底层骨架。而在这庞大而复杂的嵌入式世界中，ARM架构的处理器凭借其卓越的能效比、灵活的扩展性和强大的性能，已成为事实上的行业标准，占据了绝大部分的市场份额。 本书并非一本仅限于介绍ARM处理器技术细节的“百科全书”，更不是一本陈述性地罗列指令集的枯燥读物。相反，它是一次深入的探索之旅，旨在为读者构建一个关于ARM System-on-Chip（SoC）架构的全面、深刻且实用的理解框架。我们不回避技术深度，但更注重原理的阐释和应用的联系。本书的目标是让读者不仅了解ARM处理器“是什么”，更理解“为什么”它是这样设计的，以及“如何”在实际的嵌入式系统设计中有效地运用它。 核心聚焦：ARM处理器家族的演进与设计哲学 本书的开篇，我们将追溯ARM处理器的发展脉络，从早期简单高效的RISC设计理念，到如今支持多核、异构计算、先进电源管理和安全特性的复杂SoC。我们将深入剖析ARM家族中具有里程碑意义的几个核心架构版本，例如ARMv7、ARMv8等，逐一解析它们在指令集、流水线、缓存一致性、内存管理单元（MMU）、中断处理等方面的关键创新和演进。 理解ARM的RISC（Reduced Instruction Set Computing）设计哲学是掌握其核心优势的关键。本书将详细阐述RISC指令集相对于CISC（Complex Instruction Set Computing）指令集在指令格式、寻址方式、指令数量及执行速度上的优势，以及ARM如何通过流水线技术、分支预测和乱序执行等机制，进一步提升处理器性能。我们将分析不同ARM Cortex-M、Cortex-R和Cortex-A系列处理器的定位和适用场景，理解它们在功耗、性能和实时性上的权衡与取舍。 System-on-Chip（SoC）的深度解析 ARM处理器的强大之处在于其作为SoC核心的能力。本书将把目光从CPU核心本身，扩展到整个SoC的宏观架构。我们将详细探讨SoC中各个关键组成部分的协同工作原理，包括： 总线架构： 分析AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）等工业标准总线协议，如AXI、AHB、APB，理解它们在片上不同功能模块之间数据传输、仲裁和互联中的作用，以及如何根据性能需求选择合适总线。 内存系统： 深入研究ARM处理器如何与各种类型的内存（SRAM、DRAM、Flash）进行交互，包括内存控制器、缓存（L1、L2、L3）的设计、缓存一致性协议（如MESI、MOESI）在多核环境下的重要性，以及内存访问延迟优化策略。 中断与异常处理： 详细解析ARM的向量中断控制器（VIC）、通用中断控制器（GIC）的工作机制，理解中断优先级、中断嵌套、软中断等概念，以及异常向量表的设计，这对于实时性要求极高的嵌入式应用至关重要。 电源管理： 探讨ARM处理器及其SoC中的各种低功耗技术，包括时钟门控、电压缩放、待机模式、深度睡眠模式等，以及相关的硬件支持和软件控制策略。 外设集成： 分析ARM SoC中常见的片上外设，如GPIO、UART、SPI、I2C、Timers、DMA控制器、ADC/DAC、显示控制器、网络接口（Ethernet、Wi-Fi）等，以及它们如何通过总线与CPU进行交互，并为嵌入式系统提供丰富的I/O功能。 从硬件到软件：ARM生态系统的构建 ARM的成功并非仅在于其处理器硬件，更在于其蓬勃发展的软件生态系统。本书将着重介绍ARM架构下软件开发的几个关键层面： 汇编语言与指令集： 虽然现代嵌入式开发大多使用高级语言，但理解ARM汇编语言和指令集对于性能优化、底层驱动开发和调试至关重要。我们将学习ARM的常用指令，包括数据处理指令、加载/存储指令、分支指令、协处理器指令等，并结合实例分析其用途。 内存管理与虚拟化： 深入探讨ARM的内存管理单元（MMU）和保护单元（MPU），理解它们如何实现内存访问控制、地址转换和虚拟内存机制，以及这些技术在支持复杂操作系统（如Linux）和提高系统安全性方面的作用。 启动过程与引导加载程序： 详细解析ARM SoC的启动顺序，从上电复位到执行第一个指令，包括引导加载程序（Bootloader）的作用，以及如何通过引导加载程序初始化硬件、加载操作系统内核。 操作系统移植与驱动开发： 结合常见的嵌入式操作系统（如FreeRTOS、Zephyr、Linux）和Linux Kernel on ARM的实际情况，介绍操作系统在ARM平台上的移植流程，以及如何为SoC中的各种外设编写设备驱动程序。我们将讨论驱动模型、中断处理、DMA使用等关键主题。 调试与性能分析： 介绍ARM处理器提供的各种调试接口和工具，如JTAG、SWD、ARM CoreSight等，以及使用逻辑分析仪、示波器、性能分析工具进行系统调试和性能优化的方法。 前沿技术与未来展望 本书不会止步于对现有技术的介绍，还会对ARM架构在未来嵌入式系统发展中的趋势进行展望。我们将讨论： 异构计算与AI加速： 随着人工智能、机器学习在嵌入式领域的广泛应用，ARM SoC正越来越多地集成GPU、NPU（Neural Processing Unit）等硬件加速器。本书将探讨这些异构计算单元的架构特点、数据流和编程模型，以及如何有效地利用它们来加速AI推理。 安全性设计： 在物联网安全问题日益突出的今天，ARM SoC集成的安全特性，如TrustZone安全技术、加密引擎、安全启动等，变得尤为重要。本书将深入解析这些安全机制的工作原理，以及如何在软件层面构建安全的嵌入式系统。 低功耗与能效优化： 面对移动设备和物联网设备的续航挑战，ARM在能效优化方面持续投入。我们将探讨最新的功耗管理技术，以及如何通过软件和硬件协同优化，实现更低的功耗和更高的能效。 RISC-V的挑战与机遇： 虽然ARM在嵌入式领域占据主导地位，但RISC-V指令集架构的兴起为开放指令集带来了新的机遇。本书将简要分析RISC-V的特点，以及它对ARM架构在特定领域可能带来的影响。 本书的学习方法与读者群体 本书旨在为以下读者群体提供价值： 嵌入式系统工程师： 希望深入理解ARM SoC架构，提升硬件选型、系统设计和底层开发能力。 硬件设计工程师： 希望了解CPU核心与SoC其他部分的交互，为SoC设计提供更全面的视野。 软件开发工程师： 希望深入理解ARM的软件接口、操作系统移植和驱动开发，优化软件性能。 计算机体系结构爱好者： 希望系统性地学习现代处理器架构和嵌入式系统设计原理。 高校学生： 学习计算机体系结构、嵌入式系统等相关课程的学生，希望获得实践指导。 本书的学习过程建议循序渐进，从基础概念入手，逐步深入到SoC的细节和软件应用。我们鼓励读者在阅读理论知识的同时，结合实际的开发板和工具进行实践，通过动手实验来加深理解。 总而言之，本书致力于成为您在ARM System-on-Chip架构领域的一位可靠向导。我们相信，通过对本书内容的深入学习和实践，您将能够构建起对现代嵌入式系统基石——ARM架构的深刻认知，从而在快速发展的科技浪潮中，设计出更强大、更智能、更节能的嵌入式解决方案。

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然而，在实际操作的“落地性”上，我感觉这本书的笔触略显“高屋建瓴”。它花了大量的篇幅讲解“应该如何设计”，却在“如何使用特定的工具链去实现这些设计”方面，留下了相当大的空白。比如，当涉及到具体的EDA工具流程、仿真验证的脚本编写，或是如何将高层次的设计描述（HLS）有效地映射到具体的硬件资源上时，读者往往需要跳出这本书，转而查阅大量厂商提供的白皮书和工具手册。这种“理论丰满，实践骨感”的感觉，在试图将书中学到的知识转化为一个可运行的原型时尤为明显。它像是给你提供了一份完美的蓝图，但没有告诉你搅拌混凝土的机器型号和用量，这对于工程实践者来说，是一个小小的遗憾。理论的深度毋庸置疑，但缺乏与实际工业流程的紧密耦合，使得学习曲线在实操阶段变得有些陡峭。

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说实话，对于那些已经在业界摸爬滚打多年的老兵来说，这本书的“新意”可能就没那么足了。它更像是一本扎实的“参考手册”，而非“创新指南”。我在阅读过程中，最大的感受是它对现有主流技术的梳理和总结非常全面，但对于当前最前沿、正在快速迭代的领域，比如最新的异构计算架构或者基于AI加速器的SoC设计趋势，着墨就显得相对保守和传统了。你可以把它想象成一本关于经典名菜的菜谱，每一步都无可指摘，味道正宗，但缺少了一丝新派厨师那种颠覆性的创意和对未来风味的探索。对我个人而言，我更期待看到更多关于如何应对日益增长的功耗墙挑战、以及在极限安全需求下的设计考量。这本书提供的更多是“标准答案”，而不是“探索边界”的路径。当然，这或许是其定位所决定的，毕竟要做到普适性强，就必须取一个中间值。

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这本号称“深入浅出”的教材，初翻起来确实让人眼前一亮，特别是它对SoC设计流程的梳理，逻辑清晰得让人佩服。那种感觉就像是拿到了一张精确到每一个引脚的网络拓扑图，从顶层的系统架构划分，到中层的IP选择和集成，再到最后的时序收敛和功耗优化，作者似乎都了如指掌。我尤其欣赏它在描述那些复杂的接口协议时所展现出的耐心，那些晦涩难懂的时序图和握手机制，经过一番拆解后，变得可以被初学者接受。对于一个刚踏入嵌入式系统领域的新人来说，这本书无疑是最好的“领航员”，它帮你建立起一个坚实的知识框架，让你明白“为什么”要这么设计，而不是仅仅停留在“怎么做”的层面。那种一步步引导你构建起一个完整芯片概念的过程，是其他资料难以比拟的。我花了大量时间去研究其中关于缓存一致性和中断处理的章节，发现它对ARM处理器在多核环境下的行为描述非常到位，这对于进行性能调优至关重要。

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这本书的排版和图示设计，简直就是一场视觉盛宴。我经常看到一些技术书籍，图表做得潦草不堪，让人看了头大，但这里不同。无论是系统级的方框图，还是底层寄存器的位域划分图，都采用了高对比度的配色和简洁的线条，使得信息的传递效率极高。尤其是一些关于总线仲裁和数据流向的动态描述图，即便不用文字辅助，光看图就能大致理解数据包是如何在各个模块间穿梭的。这种对视觉化表达的极致追求，极大地减轻了阅读的认知负担。我甚至怀疑，很多复杂的概念之所以能被我快速吸收，很大一部分功劳要归于这些精心制作的插图。它成功地将那些抽象的电子工程概念，转化为了可以被眼睛直接“捕获”的实体结构，这对于依赖空间想象力的工程师来说，简直是莫大的福音。

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这本书的语言风格，我必须给予高度评价。它成功地避开了那种晦涩难懂的纯学术腔调，也避免了过于口语化的轻浮。作者的用词精准，逻辑连接严密，行文如行云流水般自然流畅，阅读体验非常舒适。这种平衡感把握得极妙，既保证了技术术语的严谨性，又使得长篇大论读起来不会产生枯燥感。我甚至发现自己会情不自禁地将书中一些精彩的段落摘录下来，作为未来撰写设计文档时的范本。它真正做到了将复杂的系统级思维，用一种平易近人的方式呈现出来，这需要极高的文字功底和对Subject Matter的深刻理解才能达成。读完之后，不仅是知识上的充实，更是一种思维方式上的提升，感觉自己的表达能力和逻辑组织能力也得到了潜移默化的熏陶。

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一本十分comprehensive的书

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史玉回

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