微型计算机系统原理、接口与EDA设计技术/普通高等教育 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京邮电大学出版社

作者:范延滨

出品人:

页数:437

译者:

出版时间:2006-9

价格:38.00元

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isbn号码:9787563510726

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• 微型计算机
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《嵌入式系统设计与实践：从硬件到软件的全面解析》 本书导读 在当代信息技术飞速发展的浪潮中，嵌入式系统作为连接物理世界与数字世界的桥梁，其重要性日益凸显。无论是智能手机、物联网设备，还是复杂的工业控制系统，其核心驱动力都来源于对嵌入式系统的深入理解与高效设计。本书《嵌入式系统设计与实践：从硬件到软件的全面解析》，旨在为读者提供一个系统、深入且实用的学习路径，帮助工程技术人员、高校师生以及有志于从事嵌入式领域研发的专业人士，构建起扎实的理论基础与过硬的实践能力。 内容特色与结构划分 本书并非对某一特定微控制器系列的堆砌，而是立足于嵌入式系统设计的通用原理与核心技术，涵盖了从底层硬件架构到上层软件开发的全栈知识体系。全书共分为五大部分，逻辑清晰，循序渐进。 第一部分：嵌入式系统基础理论与硬件平台选型 本部分着重于奠定坚实的理论基础。首先，详细阐述了嵌入式系统的定义、发展历程及其典型应用场景，使读者对该领域的全貌有所认知。随后，深入剖析了嵌入式处理器（如Cortex-M系列、RISC-V架构）的内核结构，包括流水线设计、特权级管理和存储器保护单元（MPU）的工作机制。重点讲解了系统级设计中的关键考虑因素，如功耗预算、实时性要求和成本控制。 在硬件平台部分，本书对微控制器（MCU）和微处理器（MPU）进行了深入的对比分析，指导读者如何根据项目需求选择合适的芯片平台。详细介绍了片上外设的原理，包括中断控制器（NVIC/GIC）的配置、时钟树的设计与管理、低功耗模式的实现，以及存储器（SRAM、Flash）的访问时序与映射关系。 第二部分：底层驱动开发与硬件交互 本部分聚焦于如何让软件“唤醒”硬件。这是嵌入式开发中最具挑战性也最关键的一环。 我们首先深入探讨了寄存器级编程的艺术，通过清晰的电路图和位域定义，教授读者如何直接操作硬件寄存器来配置和驱动外设。随后，系统性地讲解了基础通用外设的驱动实现，包括通用异步收发传输器（UART）的波特率计算与数据收发、定时器/计数器的脉冲宽度调制（PWM）生成与捕获、模数转换器（ADC）的多通道采样与DMA（直接存储器存取）结合应用。 特别地，本书对中断服务程序（ISR）的设计给予了高度重视，强调了中断优先级管理、上下文保存与恢复的正确流程，以确保系统的实时性和可靠性。此外，还覆盖了诸如看门狗定时器（WDT）的配置、GPIO的电平控制与消抖处理等实用技术。 第三部分：实时操作系统（RTOS）与任务调度 对于复杂、多任务的嵌入式应用，实时操作系统是不可或缺的。本部分全面剖析了RTOS的核心机制，并以业界主流的FreeRTOS为例进行深入讲解。 内容涵盖了任务管理（创建、删除、状态切换）、调度策略（固定优先级、抢占式、时间片轮转）的理论依据与实践效果对比。重点剖析了任务间的通信与同步机制：信号量（Semaphore）的二元与计数用法、消息队列（Message Queue）的缓冲与传递、以及互斥锁（Mutex）在临界区保护中的应用，并详细分析了死锁、优先级反转等常见问题的预防与解决策略。 此外，书中还专门设置章节讨论了RTOS的性能分析工具、内存池管理技术，以及如何高效地实现ISR到任务的安全切换，确保实时响应的同时兼顾代码的可维护性。 第四部分：系统级通信协议与网络接入 现代嵌入式系统普遍需要与其他设备或云端进行数据交换。本部分系统地梳理了片间通信和外部网络通信技术。 在片间通信方面，详细介绍了I2C总线的时序控制、从机寻址机制，以及SPI总线的高速数据传输模式与全双工特性。对于需要高速总线的应用，本书对CAN总线（在汽车电子与工业控制中的应用）的帧结构、仲裁机制进行了深入分析。 在网络通信方面，本书聚焦于嵌入式设备最常用的TCP/IP协议栈的裁剪与应用。通过实践案例，指导读者如何利用轻量级的网络库（如LwIP）在资源受限的微控制器上实现Socket编程，完成数据的封装、发送与接收。对于物联网应用，MQTT协议在嵌入式设备上的高效实现与安全认证机制也是本书的亮点之一。 第五部分：系统调试、测试与固件升级 一个健壮的嵌入式系统离不开严格的调试与测试流程。本部分提供了从开发到量产的全周期质量保障方法。 调试工具方面，详细讲解了JTAG/SWD调试接口的工作原理、断点设置、单步执行、寄存器和内存查看的高级技巧。针对软件Bug，本书教授如何利用逻辑分析仪和示波器进行软硬件协同调试，定位时序错误和信号完整性问题。 在系统可靠性方面，本书重点介绍了固件空中升级（OTA）的实现方案，包括 Bootloader 的设计、固件校验机制（如CRC校验）以及双备份存储区的策略，确保系统在远程更新时的安全性与原子性。 总结 《嵌入式系统设计与实践：从硬件到软件的全面解析》以工程实践为导向，通过大量的代码示例和原理图示，将抽象的理论转化为具体的工程实现。本书注重培养读者的系统思维能力，使其不仅能完成特定模块的编程，更能理解整个系统在资源约束下的协同工作方式，是构建新一代智能嵌入式产品的坚实阶梯。

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这本书的内容深度非常合适，对于想要系统学习微型计算机原理的人来说，它提供了一个很好的起点，又不会过于晦涩难懂。我尤其喜欢它在讲解输入输出设备时，不仅仅列举了常见的设备，还会深入到其工作原理和接口协议。例如，对于显示器，书中详细介绍了VGA、HDMI等接口的工作方式，以及图像是如何从数字信号转化为模拟信号并在屏幕上显示的。对于键盘和鼠标，也对其输入编码和通信方式进行了说明。在EDA设计技术方面，本书对FPGA的架构和编程思想进行了深入的探讨。它详细介绍了查找表（LUT）、触发器（FF）、DSP模块和BRAM等FPGA核心资源，以及如何利用这些资源来实现各种数字逻辑功能。书中还提供了不少使用Verilog和VHDL编写FPGA代码的示例，这些示例都非常贴近实际应用，例如LED闪烁、数码管显示、UART通信等。这些示例不仅帮助我理解了硬件描述语言的语法，更重要的是让我学会了如何将功能需求转化为具体的硬件设计。此外，书中还强调了仿真和调试的重要性，这对于任何硬件设计项目都是至关重要的。我感觉通过这本书的学习，我已经能够对FPGA开发有一个初步的认识，并且有信心去尝试更复杂的项目。

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这本书的封面设计相当朴实，没有那些花里胡哨的图饰，给人一种务实、扎实的感觉。拿到手里，厚度适中，纸张的质感也不错，印刷清晰，翻阅时没有刺鼻的油墨味。作为一名业余爱好者，我对微型计算机系统一直充满好奇，但又觉得概念有点抽象。这本书虽然书名听起来有些学术，但我翻了几页后，发现它的语言组织方式和讲解思路，对于没有深厚基础的读者来说，也能够逐步理解。它不像很多教科书那样上来就抛出一堆公式和理论，而是从一些基础的概念入手，比如CPU是如何工作的，内存和外设之间是如何通信的，这些我都觉得很有意思。我特别喜欢它在讲解接口技术时，会结合一些实际的案例，比如USB接口、串口等，这些是我们日常生活中经常接触到的，所以学习起来也更有代入感。EDA设计技术部分，虽然我对这块涉猎不深，但书中的介绍让我对硬件设计流程有了初步的认识，了解了原理图绘制、PCB布局布线等基本概念，这对我将来想深入学习硬件设计非常有帮助。总体来说，这本书让我对微型计算机有了更系统、更深入的了解，感觉自己的知识体系又得到了一次提升。

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这本书的书写方式非常独特，作者在讲解复杂概念时，善于运用类比和形象化的描述，这使得原本枯燥的理论知识变得生动有趣。比如，在讲解CPU的指令集时，作者将指令比作一系列清晰的指令，CPU则像一个高效的执行者，按照这些指令一步步完成任务。这种方式让我更容易理解CPU的执行过程。书中对中断机制的讲解也非常细致，它详细阐述了中断发生的原因、中断向量表的作用、中断服务程序的执行流程以及中断嵌套等概念。这对于理解计算机如何响应外部事件，例如键盘输入或网络数据到达，至关重要。此外，在EDA设计部分，书中对于FPGA与ASIC（专用集成电路）的比较分析，也让我受益匪浅。它不仅解释了两种技术的区别，还阐述了各自的优缺点和适用场景，这对于我在选择硬件开发平台时提供了重要的参考信息。书中还提到了硬件调试的方法和技巧，例如波形分析、逻辑探测等，这些都是在实际硬件开发过程中不可或缺的技能。这本书的价值在于，它不仅仅是知识的传授，更是对学习方法和设计思路的引导，让我受益终生。

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这本书的知识点覆盖面非常广，从微型计算机的硬件结构，到各种接口通信协议，再到EDA设计技术，几乎涵盖了微型计算机系统设计的方方面面。我特别欣赏书中在讲解存储器技术时，不仅介绍了DRAM（动态随机存取存储器）和SRAM（静态随机存取存储器）的基本原理，还深入分析了各种DDR（双倍数据率）SDRAM的演进过程，以及它们在性能上的提升。这让我对现代计算机内存的发展有了清晰的认识。在接口技术方面，我对I/O端口映射和内存映射I/O的讲解印象深刻。书中通过具体的例子，让我理解了CPU是如何通过不同的寻址方式来访问外设，以及这两种方式在效率和设计复杂度上的差异。EDA设计技术部分，本书对状态机（Finite State Machine）的设计方法进行了详细的阐述。它介绍了Mealy状态机和Moore状态机的区别，以及如何利用这些状态机来控制数字逻辑系统的行为。书中提供了不少状态机设计的实例，例如交通灯控制器、序列检测器等，这些都非常有助于我理解状态机的应用。

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我对这本书的评价很高，因为它不仅仅是一本技术书籍，更像是一位经验丰富的老师在指导我学习。书中在讲解微处理器内部结构时，对于寄存器、ALU（算术逻辑单元）、控制单元等各个组成部分的功用和相互关系都进行了细致的描绘，并辅以形象化的比喻，让我能够清晰地理解CPU的工作流程。在接口技术方面，我对中断控制器和DMA控制器的讲解非常欣赏。书中详细解释了中断是如何被处理的，CPU如何响应中断请求，以及DMA如何实现高效的数据传输。这些内容对于理解计算机系统的实时性和并发性至关重要。EDA设计技术方面，本书对数字信号处理（DSP）在FPGA上的实现进行了深入的探讨。它介绍了如何利用DSP Slice等专用硬件资源来加速乘法、累加等运算，并提供了CORDIC算法、FFT变换等经典DSP算法在FPGA上的实现案例。这些案例让我对DSP在通信、图像处理等领域的应用有了直观的认识。这本书让我感觉，我正在一步步地接近微型计算机系统的核心。

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这本书的章节安排非常合理，循序渐进。从最基础的微处理器结构和指令集开始，逐步深入到各种接口电路的设计与实现，最后延伸到EDA工具在硬件设计中的应用。我特别欣赏它在讲解CPU工作原理时，不仅仅停留在理论层面，还结合了不同微处理器家族的特点进行对比分析，例如x86架构和ARM架构的差异，这让我能够更直观地理解不同处理器在性能、功耗和应用领域上的侧重点。在接口技术部分，书中对串行通信、并行通信、中断机制、DMA传输等关键概念进行了详细的阐述，并且提供了大量的电路图和时序图，使得抽象的概念变得具体可感。例如，在讲解UART通信时，书中详细介绍了数据的帧格式、波特率的设置以及常见的通信问题和解决方法，这些内容对于实际的嵌入式开发非常有指导意义。EDA设计技术部分，虽然我目前还没有机会使用相关的软件工具，但书中对VHDL和Verilog等硬件描述语言的介绍，以及FPGA开发流程的讲解，为我打开了另一扇了解现代电子设计的大门。它让我意识到，设计复杂的数字电路不再是靠手工绘制逻辑门，而是通过代码来描述硬件功能，这是一种非常高效和强大的方式。总而言之，这本书为我提供了一个扎实的微型计算机系统知识框架，并且让我对现代电子设计技术有了初步的认识，为我未来的学习和实践奠定了良好的基础。

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这本书的排版设计非常人性化，代码示例和电路图都清晰明了，阅读起来十分舒适。我尤其喜欢书中在讲解CPU的指令集架构时，对于RISC（精简指令集计算）和CISC（复杂指令集计算）两种架构的对比分析。它详细列举了两种架构在指令格式、寻址方式、指令数量等方面的差异，并分析了各自的优缺点。这让我对不同微处理器设计理念有了更深入的理解。在接口技术方面，书中对并行端口和串行端口的讲解都非常详细，包括其工作原理、控制寄存器和数据寄存器。我还学到了如何通过编程来控制这些端口，实现与外部设备的简单交互。EDA设计技术部分，本书对PCB（印刷电路板）设计流程的介绍也十分全面。它涵盖了原理图绘制、元件库管理、PCB布局布线、DRC（设计规则检查）和CAM（计算机辅助制造）等关键环节。书中还提供了一些PCB设计的技巧和注意事项，例如信号完整性、电源完整性等，这些都是确保硬件可靠性的重要因素。

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我一直对计算机底层是如何工作的感到好奇，尤其是CPU如何执行指令，以及数据是如何在各个组件之间流转的。这本书在这方面给了我非常详尽的解答。它从计算机体系结构的宏观角度出发，介绍了CPU的流水线、缓存、分支预测等核心技术，让我了解到现代CPU的强大性能是如何实现的。同时，书中也详细讲解了存储器层次结构，包括寄存器、高速缓存（Cache）和主存储器（RAM）之间的关系，以及它们在数据访问中的作用。这让我明白了为什么计算机的运行速度会受到内存速度的影响。接口技术部分，我对USB协议的讲解印象尤为深刻。书中详细描述了USB的拓扑结构、设备枚举过程、数据传输类型（控制、中断、批量、同步）以及各种USB标准的差异。这些信息对于理解我们日常使用的各种USB设备（如U3.0U盘、蓝牙适配器）的工作原理非常有帮助。EDA设计技术方面，本书对数字逻辑设计流程的介绍也十分到位。它强调了逻辑综合、时序约束和物理布局等关键步骤，并解释了这些步骤如何影响最终硬件的性能和功耗。书中提供的EDA工具使用指南，虽然我目前还没有实际操作，但它为我指明了方向，让我知道未来可以往哪个方向深入学习。

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这本书的学术严谨性毋庸置疑，但作者在叙述过程中，始终保持着一种通俗易懂的风格。例如，在讲解DMA（直接内存访问）时，书中并没有简单地给出DMA控制器的框图，而是详细解释了DMA控制器是如何在CPU不知情的情况下，直接将数据从外设传输到内存，从而解放CPU，提升系统效率的。这种深入的讲解方式，让我对微型计算机系统的高效运作有了更深的理解。接口技术方面，本书对SPI（串行外设接口）和I2C（集成电路总线）的讲解也非常到位。它详细介绍了这两种常用同步和异步串行通信协议的电气特性、通信时序和主从设备的工作方式，并且对比了它们在速度、引脚数量和多设备连接能力上的优缺点。这对于我理解各种传感器和片上系统之间的通信非常有用。EDA设计技术部分，书中对逻辑综合的原理和优化方法进行了深入的介绍。它解释了如何通过改变综合选项来影响设计的面积、速度和功耗，以及如何利用寄存器复制、逻辑门共享等技术来提升设计性能。这些内容让我意识到，硬件设计不仅仅是实现功能，更是一个不断优化和权衡的过程。

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这本书的讲解风格非常吸引人，它在保持学术严谨性的同时，也融入了许多作者的思考和经验。例如，在介绍存储器管理时，作者没有仅仅罗列各种存储器类型及其参数，而是深入分析了不同存储器在微型计算机系统中的作用，以及它们如何相互配合来提升系统性能。书中对于总线协议的讲解也十分透彻，从并行总线到串行总线，从同步总线到异步总线，都进行了详细的介绍，并配以清晰的时序图，让我能够准确把握数据传输的每一个环节。特别是对于PCIe总线，书中对其分层结构、数据包格式以及链路训练过程的描述，让我对高性能计算机系统中数据交换的复杂性有了更深刻的体会。EDA设计技术方面，本书对于如何使用EDA工具进行逻辑仿真、综合和布局布线等过程的介绍，让我看到了将理论设计转化为实际硬件的整个流程。书中还提到了仿真模型、约束文件等关键概念，这些都是进行高效硬件设计必不可少的要素。我尤其喜欢书中对于不同EDA工具优缺点的分析，这为我选择合适的工具提供了参考。总的来说，这本书不仅传授了微型计算机系统的核心知识，还提供了实际的EDA设计思路和方法，是一本非常全面的参考书籍。

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