单片微型计算机原理与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学

作者:高锋

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页数:303

译者:

出版时间:2007-4

价格:38.00元

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isbn号码:9787030185778

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《现代嵌入式系统设计与实践》内容提要 本书聚焦于当前快速发展的嵌入式系统领域，旨在为读者提供从底层硬件架构到上层软件应用的全方位、深入的知识体系与实践指导。不同于传统的微处理器或单片机原理侧重，本书将嵌入式系统的设计理念和工程实践置于核心地位，强调系统的实时性、功耗优化以及网络互联能力。 第一部分：嵌入式系统基础架构与核心组件 本部分为构建嵌入式系统的基石，详细剖析了构成现代嵌入式系统的关键硬件与软件元素。 第一章：嵌入式系统概述与发展趋势 定义与范畴： 明确嵌入式系统的内涵、外延及其与通用计算机系统的本质区别。探讨其在物联网（IoT）、工业控制、消费电子等领域的广泛应用场景。 系统层次结构： 剖析嵌入式系统的典型分层模型，包括感知层、网络层、处理层和应用层。 关键技术趋势： 分析微型化、低功耗设计、异构计算（如引入FPGA/DSP）以及边缘智能在嵌入式领域的前沿发展方向。 第二章：高性能嵌入式处理器选型与架构 本书深入探讨了当前主流的嵌入式处理器系列，重点在于理解其架构差异如何影响系统性能和功耗。 ARM Cortex-M/R/A 系列深度解析： 详细对比Cortex-M系列（侧重实时性与低功耗）、Cortex-R系列（侧重功能安全）和Cortex-A系列（侧重高性能计算）的流水线设计、内存保护单元（MPU/MMU）及其在不同应用中的适用性。 非冯·诺依曼架构探讨： 对DSP（数字信号处理器）和FPGA（现场可编程门阵列）在嵌入式系统中的作用进行分析，特别关注其在并行处理和硬件加速方面的优势。 片上系统（SoC）设计理念： 介绍现代SoC的集成化趋势，包括系统级互连（如AXI总线）、片上缓存体系结构及其对系统性能的影响。 第三章：嵌入式存储技术与内存管理 有效管理内存是嵌入式系统稳定运行的关键。本章侧重于存储器的物理特性、访问机制及软件层面的管理策略。 易失性存储器（RAM）： 深入SRAM与DRAM的工作原理，重点讲解DDRx代际间的速度提升机制、刷新操作及其对系统延迟的影响。 非易失性存储器（Flash）： 全面覆盖NOR Flash、NAND Flash的读写机制、擦除块结构，以及固态硬盘（SSD）控制器中的磨损均衡（Wear Leveling）算法。 内存映射与地址转换： 讨论MMU在操作系统环境下的地址虚拟化功能，以及在裸机编程中如何进行硬件寄存器的内存映射访问。 第二部分：系统级硬件接口与外设交互 本部分从工程实践角度出发，详述了嵌入式系统如何与外部世界进行数据交换和控制。 第四章：高速串行通信协议详解 本章着重讲解数据传输效率高、应用广泛的现代通信接口。 PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）： 讲解其基于包的传输机制、双向数据流、链路训练过程，及其在嵌入式GPU或高速数据采集卡连接中的应用。 USB 3.x 协议栈： 剖析主机与设备模式的握手过程、端点（Endpoint）类型（控制、批量、中断、同步传输）及其在嵌入式设备数据交换中的配置。 高速以太网接口： 涵盖MAC层与PHY层的分离概念，讨论100M/1G以太网的物理层信号处理和MII/RMII接口协议。 第五章：传感器接口与数据采集 本章专注于如何将物理世界的模拟信号转化为可被处理器处理的数字信息。 模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）： 深入研究ADC的有效位数（ENOB）、采样率、量化误差。讨论过采样与欠采样技术在提高信噪比中的作用。 SPI、I2C 高效通信实践： 详细阐述SPI的四线制时序、时钟极性/相位（CPOL/CPHA）配置，以及I2C的多主/多从仲裁机制。重点在于理解如何通过这些协议驱动外部EEPROM、温度传感器或显示驱动芯片。 低速通用接口： UART（异步串口）的波特率、奇偶校验配置；GPIO的推挽/开漏模式选择及其在I/O扩展中的应用。 第六章：实时时钟（RTC）与电源管理 系统的时间同步和能耗控制是嵌入式设计中的核心约束。 精确时间源管理： 探讨晶振、外部时钟源与内部振荡器的精度差异，RTC的设计原理及其在系统唤醒（Wake-up）事件中的作用。 电源管理单元（PMU）与低功耗模式： 详细分析嵌入式处理器中的睡眠（Sleep）、深度睡眠（Deep Sleep）和休眠（Hibernate）模式的功耗特性。讨论如何通过时钟门控和电源域分离来降低动态和静态功耗。 看门狗定时器（WDT）的应用： 阐述WDT在确保系统从死锁状态中恢复的重要性，以及其窗口模式（Window Mode）的配置方法。 第三部分：嵌入式软件开发与系统级编程 本部分涵盖了驱动开发、实时操作系统（RTOS）以及系统调试的工程化方法。 第七章：裸机编程与启动流程 本章构建了对嵌入式代码执行起点（Boot Sequence）的深刻理解。 启动代码（Startup Code）分析： 详细解析复位向量的加载、初始化堆栈指针、数据段的重定位（从Flash到RAM）和BSS段的清零过程。 链接脚本（Linker Script）的定制： 讲解如何使用链接脚本来精确控制代码、数据和用户自定义段在内存中的布局，以适应特定的硬件分区要求。 中断向量表与异常处理： 分析中断服务程序（ISR）的编写规范，如何使用Cortex-M的NVIC（嵌套向量中断控制器）进行优先级划分和抢占配置。 第八章：实时操作系统（RTOS）内核机制 本书选取主流RTOS内核（如FreeRTOS或类似内核）作为分析对象，深入剖析其核心调度机制。 任务管理与上下文切换： 深入理解任务控制块（TCB）、任务状态转换图。详细分析基于优先级的抢占式调度器如何通过节拍中断（SysTick）实现时间片轮转和任务切换的汇编级过程。 进程间通信（IPC）机制： 详尽对比信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）和事件组的适用场景，重点讨论死锁（Deadlock）的规避策略。 内存池管理： 介绍RTOS中常用的固定大小块内存分配策略（如FreeRTOS的Heap_x方案），及其与标准`malloc`/`free`在嵌入式环境下的差异与优势。 第九章：驱动程序开发与设备树（Device Tree） 本章讲解如何为特定硬件编写稳定、可移植的驱动代码，特别针对Linux或更复杂的嵌入式OS环境。 字符设备驱动模型： 阐述Linux内核中的文件操作结构体（`file_operations`），以及如何实现`open`、`read`、`write`、`ioctl`等标准系统调用接口。 平台总线与驱动绑定： 深入介绍设备树（DTB）的作用，说明它如何将硬件资源（内存地址、中断号、时钟频率）与内核驱动程序进行解耦，实现硬件描述与驱动代码的独立演进。 DMA（直接内存访问）高效数据传输： 阐述DMA控制器的工作流程，如何配置源/目的地址、传输长度和传输模式，以实现数据在外部设备与内存之间的高速、零CPU干预传输。 第四部分：系统调试、测试与可靠性工程 本部分聚焦于确保嵌入式产品从原型到量产阶段的质量保障体系。 第十章：嵌入式系统调试与故障诊断 高效的调试手段是缩短开发周期的关键。 JTAG/SWD 接口深度应用： 讲解调试探针（如J-Link, ST-Link）如何通过串行线协议与目标芯片的调试端口通信，实现断点设置、单步执行、寄存器查看和内存回溯。 逻辑分析与时序调试： 介绍如何使用逻辑分析仪捕获多通道数字信号（如SPI总线上的数据包），并结合示波器分析模拟信号的完整性，确保接口时序满足规范。 追踪与日志： 讨论嵌入式系统中嵌入式日志框架（如`printf`重定向、Ring Buffer日志）的构建，以及使用断言（Assertion）机制进行运行时错误检查。 第十一章：软件架构与版本控制 嵌入式软件分层架构： 倡导将硬件抽象层（HAL）、板级支持包（BSP）与上层应用逻辑分离的设计原则，提升代码的可移植性和可维护性。 Gitflow 与嵌入式发布流程： 介绍如何利用Git进行分支管理，特别是针对嵌入式开发中涉及的交叉编译工具链、固件版本和硬件版本控制的策略。 第十二章：系统级测试与固件空中升级（OTA） 单元测试与集成测试： 探讨在嵌入式环境中如何进行硬件在环（HIL）测试，以及如何Mock（模拟）外部硬件依赖进行软件单元测试。 OTA 机制与安全性： 详细分析安全可靠的固件升级策略，包括双备份分区（A/B Partitioning）、签名验证（Cryptographic Signature Verification）和失败回滚机制，确保OTA过程中的系统不被破坏。 本书特色： 贯穿全书的案例研究基于当前主流的工业级微控制器平台，注重理论与工程实践的紧密结合，帮助读者从原理层面深入理解系统行为，并最终能够设计、实现和调试出高性能、高可靠性的现代嵌入式系统产品。

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这本书写的比较深，而且比较晦涩，因为高风老师本人说话就比较晦涩><

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谨以此书提醒惨不忍睹的《微机原理与接口技术》课程学习

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我学的还算不错

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