嵌入式系统硬件体系设计

嵌入式系统硬件体系设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:北航大学
作者:怯肇乾
出品人:
页数:582
译者:
出版时间:2007-7
价格:58.00元
装帧:
isbn号码:9787810779760
丛书系列:
图书标签:
  • 嵌入式
  • 计算机
  • 硬件
  • 电子技术
  • 嵌入式系统
  • 硬件设计
  • 体系结构
  • ARM
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  • 电子工程
  • 数字电路
  • 嵌入式开发
  • 系统设计
  • 工程技术
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具体描述

本书系统地介绍了嵌入式硬件体系设计的各种现代技术及其具体应用,涉及器件的选型、项目体系的构建、电子电路的设计、硬件电路的测试等方面。立足项目设计实践,面向现代软硬件技术的综合应用,始终贯穿着本书的始末。  本书的内容包括:嵌入式系统核心微控制器的选择及其体系构造、8/16/32位单片机及其应用设计、数字信号处理器DsP及其应用设计、大规模可编程器件及其应用设计、系统存储器件及其应用、各类接口及其电路设计、测量/控制通道及其电路设计、基础电子线路设计、硬件电路的原理图与PCB板图设计、硬件体系的电路测量与调试、嵌入式硬件体系应用设计等。  本书特别适合于从事嵌入式系统应用设计的广大工程技术人员,也是高校/职校嵌入式系统软硬件设计与机电一体化教育培训的理想教材和参考书。

计算机网络协议与应用实践指南 第一章:网络基础架构与拓扑 本章系统阐述计算机网络的基本概念、历史沿革及其在现代信息社会中的核心地位。我们将深入探讨网络的基本组成单元,如终端设备、中间设备(集线器、交换机、路由器)与传输介质(双绞线、光纤、无线电波)。重点分析不同网络拓扑结构(星型、环型、总线型、网状型)的特点、优缺点及其在实际部署中的适用场景。此外,本章还将介绍网络性能的关键指标,包括带宽、延迟、丢包率和抖动,为后续深入理解协议性能奠定基础。我们将通过大量的实例图解,帮助读者直观理解复杂的网络连接模型。 第二章:物理层与数据链路层精要 本章聚焦于OSI七层模型中的底层——物理层与数据链路层。在物理层部分,我们将详述信号的编码与调制技术,对比数字信号与模拟信号的传输差异。重点分析各种传输介质的物理特性,如电磁干扰的抑制、光信号的衰减与色散问题。 数据链路层是理解可靠数据传输的关键。本章详细剖析数据链路层的两大核心功能:帧的封装与差错控制。我们将深入研究差错检测机制,包括奇偶校验、循环冗余校验(CRC)的原理与实现。在MAC子层,重点解析介质访问控制(MAC)协议,包括竞争型协议(如CSMA/CD,以太网的核心机制)与轮询型协议(如令牌环)。最后,本章将全面介绍IEEE 802标准族,特别是802.3以太网和802.11无线局域网(WLAN)的帧结构与寻址机制。 第三章:网络层:IP协议与路由算法 网络层是实现异构网络互联的桥梁。本章的核心是IP协议(IPv4与IPv6)。我们将详尽解析IPv4的地址结构、子网划分(包括VLSM和CIDR技术),以及数据报的封装与转发过程。随后,本章将引入IPv6的地址空间、地址类型(单播、组播、任播)及其在现代网络中的重要性。 路由选择是网络层的灵魂。本章深入探讨路由信息的建立与维护机制。我们区分内部网关协议(IGP)和外部网关协议(EGP)。对于IGP,我们将详细分析距离向量算法(如RIP)和链路状态算法(如OSPF)的工作原理、度量标准与收敛过程。对于EGP,BGP(边界网关协议)作为互联网骨干的基石,其路径向量特性、AS间的策略控制和路径选择机制将被详尽阐述。此外,我们还将讨论ICMP协议在网络诊断与控制中的作用。 第四章:传输层:TCP与UDP的深度解析 传输层负责为主机间的应用进程提供逻辑通信。本章将对比面向连接的TCP协议和无连接的UDP协议。 针对TCP,我们将全面解析其可靠性的三大支柱:连接的建立与终止(三次握手与四次挥手)、流量控制(滑动窗口协议)以及拥塞控制(慢启动、拥塞避免、快速重传与快速恢复)。本章将通过时序图和状态转移图,清晰描绘TCP连接的生命周期,并分析不同拥塞控制算法对网络性能的影响。 UDP作为一种轻量级协议,其应用场景(如DNS、VoIP)及其报文结构将被介绍。本章还将讨论端口寻址和复用/解复用的机制,确保数据能准确送达特定的应用进程。 第五章:应用层协议栈:Web、邮件与域名服务 本章将焦点转向用户直接交互的应用层。我们将细致剖析最核心的Web服务协议——HTTP。从HTTP/1.0到最新的HTTP/2(及HTTP/3的QUIC基础),我们将分析请求/响应的结构、状态码、会话管理(Cookie)以及缓存机制。RESTful架构和API设计原则也将被纳入讨论范围。 邮件服务是另一大重点。我们将深入解析SMTP(发送)、POP3和IMAP(接收)的工作流程与差异。对于更现代的邮件安全需求,TLS/SSL在邮件传输中的应用将被涵盖。 最后,域名系统(DNS)作为互联网的“电话簿”,本章将解释其分层结构、解析过程(迭代查询与递归查询)、资源记录类型,以及DNSSEC在保障解析安全中的作用。 第六章:网络安全基础与访问控制 随着网络威胁的日益复杂,安全机制已成为网络设计的核心组成部分。本章介绍网络安全的基本概念,包括CIA三元组(机密性、完整性、可用性)。我们将探讨加密技术在网络中的应用,包括对称加密(AES)和非对称加密(RSA)的基本原理与密钥管理。 访问控制列表(ACL)是网络设备上实现安全策略的常用手段。本章将详细讲解标准ACL和扩展ACL的配置语法和过滤逻辑。随后,我们将深入讲解网络地址转换(NAT)的原理、分类(静态、动态、PAT)及其在私有网络访问公网时的安全意义。此外,防火墙(状态检测防火墙、应用层网关)的基本结构与工作模式也将被介绍。 第七章:现代网络技术与面向实践 本章将视角转向当前企业和数据中心网络的前沿技术。我们将介绍局域网(LAN)中的VLAN技术,包括802.1Q标记的原理及其在隔离广播域中的应用。冗余与高可用性通过生成树协议(STP/RSTP/MSTP)的原理分析得以体现。 对于广域网(WAN)的优化,MPLS(多协议标签交换)的技术框架和标签转发机制将被作为重点进行阐述。本章还探讨了SDN(软件定义网络)的基本架构(控制平面与数据平面分离),以及其在网络自动化和集中管理方面的潜力。 第八章:网络故障诊断与性能优化 理论知识必须与实践操作相结合。本章旨在教授读者如何有效地诊断和解决网络问题。我们将介绍一系列诊断工具和命令(如Ping, Traceroute, Netstat, Wireshark的捕获与过滤),并讲解如何基于这些工具的输出来定位问题根源。我们将系统分析常见的故障场景,如路由黑洞、ARP解析失败、TCP窗口关闭等。在性能优化方面,我们将讨论如何通过调整TCP参数、优化路由策略和实施QoS(服务质量)机制来提升关键业务流的体验。本章内容高度侧重于实战操作和案例分析。

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读后感

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用户评价

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这本书的案例分析部分是我最喜欢的部分之一。作者选择的案例都是非常具有代表性的,而且覆盖了不同的应用领域,从消费电子到工业控制,再到汽车电子,都有涉及。每个案例的分析都非常深入,不仅仅是简单地展示一个最终的产品,而是会从硬件选型、系统架构设计、关键模块的实现,到最终的功耗优化和成本控制,都进行了详细的剖析。我尤其喜欢作者在讲解一个嵌入式系统设计时,会从客户需求出发,然后一步步推导出硬件设计方案的过程。这种“需求驱动设计”的思路,对于我理解如何进行真正的工程设计非常有帮助。在阅读这些案例时,我仿佛置身于一个真实的研发团队中,与作者一起经历着从概念到产品的全过程。书中的一些案例,比如一个低功耗物联网设备的电源管理方案,或者一个实时控制系统的通信接口设计,都给我留下了深刻的印象。作者在讲解这些案例时,并没有回避其中的技术难点,而是将其一一展现出来,并提供了有效的解决方案。这种坦诚的分享,让我学到了很多在学校里学不到的实际工程经验。而且,作者还会对比不同的设计方案,分析各自的优缺点,这让我能够更全面地理解各种设计选择背后的权衡。例如,在介绍一个实时操作系统内核时,作者会对比几种不同的调度算法,并分析它们在不同场景下的性能表现。这种对比分析,极大地拓展了我的视野,也让我对嵌入式系统的复杂性有了更深刻的认识。

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这本书在内容组织和逻辑顺序方面做得非常出色,它不仅仅是将知识点零散地罗列出来,而是构建了一个非常清晰的学习路径。作者会从最基础的概念开始,逐步深入到更复杂的原理和设计。比如,在讲解处理器时,会先介绍CPU的基本工作原理,然后再讲解指令集架构,接着是存储器管理,最后才是多核和乱序执行等高级特性。这种循序渐进的讲解方式,让我在学习过程中不会感到迷茫。每个章节的衔接也非常自然,上一章节的内容往往是下一章节的基础,或者能够引出下一章节的讨论。我感觉自己是在一步步地构建一个完整的知识体系,而不是在进行碎片化的学习。而且,作者在引入一个新的概念时,会先交代清楚它的背景和作用,让读者明白学习它的必要性。例如,在介绍中断控制器时,作者会先讲清楚为什么需要中断,以及中断在嵌入式系统中扮演的关键角色,然后再深入到中断控制器的具体实现。这种“知其然,更知其所以然”的学习方式,让知识的掌握更加牢固。我尤其喜欢作者在每个章节的开头都会有一个“本章目标”的简述,这让我对即将学习的内容有一个初步的认识,也更容易带着问题去阅读。而章节的结尾,又会有一个“本章小结”,帮助我回顾和巩固所学内容。这种结构的严谨性,充分体现了作者在内容组织方面的深厚功力。

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这本书在技术内容的深度和广度上都做得相当出色,它不仅仅满足于介绍嵌入式系统最基础的硬件知识,而是触及了许多非常核心和前沿的设计理念。在讲解处理器架构时,作者并没有仅仅停留在ARM的指令集层面,而是深入到缓存一致性、流水线优化、多核协同等更高级的概念,并解释了这些设计如何影响系统的整体性能。对于那些追求极致性能的嵌入式应用,这本书提供的理论支撑是无可替代的。我尤其赞赏作者在介绍外设接口时,不仅仅是罗列出接口的电气特性,而是会详细分析其协议细节,比如SPI、I2C、CAN等接口在实际通信中可能遇到的问题,以及如何通过软件和硬件协同来优化通信效率和鲁棒性。对于一些复杂的接口,比如USB、Ethernet,作者甚至会涉及到其底层驱动的设计思路,这对于我这种需要进行驱动开发的读者来说,是非常有价值的。另外,书中对于嵌入式系统的功耗设计也有专门的章节,这对于电池供电的嵌入式设备来说是至关重要的。作者详细介绍了各种低功耗设计策略,从硬件选型、电源管理到软件层面的功耗优化,都给出了详实的指导。我印象深刻的是,作者在讲解过程中,经常会引用一些业界的最新技术和发展趋势,这使得这本书的内容不会显得陈旧,而是具有很强的时效性。比如,在介绍内存技术时,作者就提到了DDR4和DDR5的差异,以及在实际应用中如何根据性能和成本的需求进行选择。总的来说,这本书的内容是既扎实又前沿,能够满足从初学者到资深工程师不同层次读者的需求。

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这本书的写作风格非常务实,作者在讲解每一个硬件概念时,都充满了实践的温度。他并没有一股脑地堆砌理论,而是通过大量的实际案例和工程经验来阐述复杂的原理。我尤其欣赏他对于那些“为什么”的解释,很多时候,教材上的描述可能就是“是什么”,而这本书则深入剖析了“为什么会是这样”,比如在介绍电源管理单元的设计时,作者不仅仅告诉我们它有哪些功能,还详细解释了在实际电路中,为什么需要选择特定的滤波元件,为什么需要考虑时序的约束,以及这些设计决策背后对整个系统稳定性和功耗的影响。这种深入浅出的讲解方式,让我能够触类旁通,不仅理解了当前所讲的内容,还能举一反三,对其他类似的硬件模块产生更深刻的认识。书中对于一些常用嵌入式芯片的讲解,也做得非常到位。他会详细列举这些芯片的典型应用场景,并分析其核心优势和局限性,这让我能够根据自己的项目需求,更准确地选择合适的芯片。我记得在讲到FPGA的架构时,作者并没有止步于讲解其基本逻辑单元,而是进一步深入到其内部的布线资源、时钟管理单元以及如何进行高效的时序约束,这些细节的处理,对于想要深入理解FPGA设计的读者来说,是非常宝贵的。而且,作者在描述一些硬件接口时,还会穿插一些实际调试中遇到的常见问题以及解决方案,这些“坑”的分享,对于我这种初学者来说,简直是无价之宝,可以让我少走很多弯路。我能感受到作者在编写这本书时,是站在一个“过来人”的角度,将自己宝贵的经验倾囊相授,这种真诚和负责任的态度,在技术书籍中是难能可贵的。

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这本书在技术细节的严谨性上做得令人称道。作者在阐述每一个硬件概念时,都力求准确无误,并且引用了大量的行业标准和技术规范作为依据。我能够感受到作者在编写过程中,对每一个词语、每一个公式的推敲。在讲解数据手册中的参数时,作者会详细解释这些参数的含义,以及它们在实际设计中的影响。比如,在讲解ADC的采样率和分辨率时,作者会深入分析它们如何影响被测信号的精度,以及在实际应用中如何根据需求进行权衡。我尤其欣赏作者在讲解一些信号完整性问题时,所提供的理论分析和计算方法。这些内容往往是很多入门书籍所忽略的,但对于实际的硬件设计却至关重要。例如,在讲解传输线效应时,作者会详细介绍反射、过冲、下冲等现象,并给出如何通过阻抗匹配来解决这些问题的详细方案。这种对细节的极致追求,让我对这本书的专业性充满了信任。而且,作者在引用一些权威的技术资料时,都会明确标注出处,这为读者提供了进一步深入研究的途径。我记得在讲解PCB布局布线规则时,作者引用了一些EDA工具的默认参数,并详细解释了这些参数的由来和意义。这种严谨的态度,让我觉得这本书不仅是一本学习材料,更是一本可以信赖的参考手册。

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这本书的语言风格非常平实而又不失专业性,没有那些晦涩难懂的学术术语,也没有花哨的辞藻,而是用一种清晰、流畅、有条理的方式来传达信息。我能够很轻松地理解作者想要表达的意思,即使是一些我之前没有接触过的概念,也能通过作者的解释而豁然开朗。作者善于使用类比和比喻来解释复杂的硬件原理,比如在讲解存储器的工作原理时,他会将其比作一个图书馆,将地址比作书架的编号,将数据比作书本的内容,这样生动形象的描述,让我一下子就记住了这些概念。而且,作者的叙述非常有逻辑性,每个概念的引入都有其必然性,层层递进,让读者在不知不觉中就建立起完整的知识体系。我尤其喜欢作者在讲解一些底层硬件原理时,会适时地给出一些代码片段或者伪代码,来辅助说明。这些代码虽然不涉及具体的编程语言,但是却能非常直观地展示硬件操作的逻辑。另外,作者的文字表达非常有画面感,我阅读的时候,脑海中会不断地浮现出书中描述的硬件结构和工作流程。比如,在描述CPU的指令执行过程时,作者的文字就如同在眼前上演一出精密的机器表演,让我能够清晰地看到指令的取指、译码、执行、写回等各个阶段。这种身临其境的阅读体验,是很多技术书籍所难以企及的。总而言之,这本书的语言质量非常高,阅读起来是一种享受,而不是一种负担。

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这本书的装帧和排版设计着实令人眼前一亮,封面选用的冷色调搭配着简洁而有力的字体,瞬间就勾起了我对技术类书籍的阅读兴趣。拿到手里,它的重量也恰到好处,厚实但不至于压手,拿在手上有一种沉甸甸的专业感。书页的纸张质感也非常不错,不是那种容易泛黄的劣质纸,而是带有细微纹理的哑光纸,阅读时能有效减少反光,长时间阅读眼睛也不会感到特别疲劳。翻开书页,排版清晰,章节划分明确,重要的概念和术语都采用了加粗或者不同字体的处理,方便读者快速抓住重点。图表的使用也十分考究,清晰度很高,线条流畅,色彩搭配得当,很多复杂的硬件结构图都能通过这些图表得到直观的理解,这一点对于我这种初学者来说简直是福音。我特别喜欢作者在每个章节结尾处设置的“思考题”或者“实践建议”栏目,这不仅仅是简单的习题,更像是一种引导,促使我回顾本章所学,并思考如何将理论知识运用到实际中去。有时候,这些思考题会提出一些开放性的问题,让我不自觉地进入到一种“解决问题”的模式,而不是被动地接受信息。而且,我发现书中某些地方的插图,比如一些核心芯片的引脚图和PCB布线示意图,都绘制得非常精细,甚至连一些细微的走线和焊盘都清晰可见,这对于需要进行实际硬件操作的我来说,简直是如获至宝,省去了我大量查阅官方数据手册的时间。此外,书中的目录设计也非常人性化,它不仅仅是简单的章节标题列表,而是更进一步地将每个章节下的子主题也列举了出来,这样在查找特定内容时,我能更快速地定位到目标,大大提高了查阅效率。我甚至觉得,这本书的排版和设计本身,就传达了一种严谨而专业的态度,让人在阅读过程中感受到一种被尊重和被引导的体验,这对于一本技术书籍来说,是至关重要的。

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这本书的阅读体验非常愉快,作者的文字充满了热情和感染力,让我能够全身心地投入到学习中。虽然这是一本技术书籍,但它并没有枯燥乏味的感觉,反而充满了探索和发现的乐趣。作者在讲解过程中,经常会穿插一些他自己在实际工作中遇到的趣事或者挑战,这些真实的经历让整个阅读过程更加生动有趣。我感觉自己不是在一个人默默地学习,而是在和一个经验丰富的工程师进行着一次愉快的交流。有时候,我会因为书中的某个观点而产生共鸣,或者因为某个巧妙的设计而赞叹不已。这种情感上的连接,是我在其他技术书籍中很少体验到的。而且,作者在讲解一些技术细节时,会用一种非常鼓励和启发性的方式来引导读者。比如,在介绍一个比较难理解的电路模块时,作者会先说“这看起来可能有点复杂,但别担心,我们一步一步来分析”,然后用非常清晰的逻辑来拆解问题。这种鼓励性的语言,极大地增强了我的学习信心。我甚至觉得,这本书不仅仅是传授技术知识,更是在传递一种积极的学习态度和解决问题的热情。当我遇到困难的时候,我就会回想起书中的一些话,这会给我带来力量,让我更有动力去克服困难。这本书的阅读,对我来说,不仅仅是学习,更是一种精神的滋养。

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这本书中的硬件电路图和系统框图设计得非常精美,也极其准确。每一个元器件的符号都符合标准,引脚的连接清晰可见,并且关键的信号线都用不同的颜色或者粗细进行了区分,这大大降低了理解电路的难度。在阅读一些复杂的模块时,比如模拟前端的电路设计,作者提供的原理图就如同一个清晰的地图,指引我一步步地去理解信号的传输路径和各个器件的功能。我尤其喜欢作者在电路图旁边附带的详细注释,这些注释不仅仅是简单地标注元器件的型号,还会解释为什么选择这个元器件,以及它在这个电路中的作用。这些信息对于我理解电路的设计思路非常有帮助。另外,系统框图的设计也做得非常出色。作者能够用最简洁的图形来展示整个嵌入式系统的构成,以及各个模块之间的关系。这让我能够快速地把握系统的整体架构,然后再深入到各个模块的细节。我记得书中有一个关于一个嵌入式实时通信网关的设计框图,将CPU、内存、通信接口、数据处理模块等都清晰地展示出来,并且用箭头标示了数据流动的方向。这种可视化工具,对于快速理解一个复杂系统至关重要。而且,很多图表都是矢量图,放大后依然保持清晰,这在电子文档的阅读中非常方便。我甚至觉得,这些图表本身就构成了一本关于嵌入式系统硬件设计的“视觉指南”。

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这本书在引入新的硬件技术和概念时,都做得非常及时和具有前瞻性。作者似乎对嵌入式系统领域的最新发展有着敏锐的洞察力,并将其巧妙地融入到书中。我惊喜地发现,书中不仅讲解了经典的硬件架构,还涉及到了一些新兴的领域,比如RISC-V指令集架构在嵌入式领域的应用,以及一些低功耗AI芯片的设计思路。在讲解这些前沿技术时,作者并没有止步于概念介绍,而是深入到其核心的设计原理和潜在的应用场景。这让我能够站在技术的最前沿,去思考未来的发展方向。例如,在介绍RISC-V时,作者不仅讲解了其开放性的优势,还分析了它在定制化和低功耗设计方面的潜力,并给出了几个实际的应用案例。这种深入的解读,让我对RISC-V有了更清晰的认识。此外,书中还提到了物联网(IoT)和边缘计算等热门话题,并分析了嵌入式系统在这些领域中所扮演的关键角色。作者在讲解这些内容时,能够很好地将它们与基础的硬件设计联系起来,让我理解这些热门技术是如何建立在扎实的硬件基础之上的。我感觉这本书不仅仅是在教授知识,更是在启发我思考,如何将这些新知识应用到未来的项目开发中。

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