单片机软硬件设计与工程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

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页数:249

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出版时间:2002-6

价格:24.00元

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isbn号码:9787504445506

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 硬件设计
• 软件设计
• C语言
• 汇编语言
• 电子工程
• 实践应用
• 电路设计
• 工程实践

《嵌入式系统开发：从理论到实践》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的嵌入式系统开发入门与进阶指南。我们不再聚焦于特定的微控制器（如单片机）的底层编程细节，而是将视野拓展至整个嵌入式系统的生态，涵盖从硬件选型、固件设计、操作系统选择到实际应用部署的全流程。本书特别强调跨平台思维、模块化设计以及在资源受限环境下的高效编程技巧。 第一部分：嵌入式系统基础与架构 本部分着重于构建坚实的理论基础，为后续的实践打下基础。 第一章：嵌入式系统概览与演进 我们将从“什么是嵌入式系统”这一根本问题出发，界定其与通用计算系统的核心区别。内容涵盖嵌入式系统的典型应用领域（如物联网、工业控制、汽车电子、消费电子），并追溯其技术发展历程，分析当前流行的架构趋势，例如边缘计算和实时系统的重要性。本章将讨论系统对可靠性、实时性、功耗和成本的综合考量要求。 第二章：核心处理单元选型与对比 本章不局限于某一特定微控制器家族，而是深入剖析不同处理器的技术特点和适用场景。我们将详细比较主流的处理器架构，包括但不限于： 微控制器（MCU）：侧重于片上集成度高、适用于简单控制任务的Cortex-M系列等。 微处理器（MPU）：适用于需要复杂操作系统和高数据吞吐量的应用，例如Cortex-A系列的应用场景。 专用处理器（DSP/FPGA）：介绍信号处理和可重构硬件在特定嵌入式算法加速中的作用。 重点在于选型决策：如何根据功耗预算、性能需求、内存限制和开发周期来合理选择CPU/SoC。 第三章：系统级资源管理 理解和管理嵌入式系统中的关键资源是高效开发的前提。 存储器层次结构：深入探讨SRAM、Flash、EEPROM、外部存储器（SDRAM、eMMC）的工作原理、读写时序和寿命限制。重点讲解内存映射（Memory Mapping）的概念，以及如何优化代码和数据在不同存储介质上的布局以提升性能和可靠性。 时钟与电源管理：分析系统时钟树的配置，包括PLL、分频器等，以及如何通过动态电压与频率调整（DVFS）技术来实现能效优化。讨论低功耗设计模式（睡眠、深度休眠）。 第二部分：固件开发与软件工程 本部分是本书的核心实践环节，侧重于如何构建健壮、可维护的嵌入式软件。 第四章：底层驱动开发与抽象 本章讲解如何编写与硬件接口无关的软件驱动层。内容包括： 寄存器级编程回顾：作为理解底层工作原理的必要知识，简要回顾关键外设（如GPIO, UART, SPI, I2C）的寄存器操作。 硬件抽象层（HAL）设计：详细阐述如何设计一套标准化的HAL接口，使得上层应用代码可以方便地移植到不同的硬件平台。讨论驱动接口标准化的最佳实践。 中断服务程序（ISR）的设计原则：强调ISR的简洁性、实时性和避免竞态条件的方法。 第五章：实时操作系统（RTOS）原理与应用 对于复杂系统，RTOS是必不可少的工具。本章侧重于RTOS的机制而非特定产品的API。 任务管理与调度：深入分析先占式多任务、时间片轮转、优先级继承等调度算法的优缺点。 进程间通信（IPC）机制：详细对比信号量（Semaphores）、互斥锁（Mutexes）、消息队列（Message Queues）、事件标志（Event Flags）在不同同步场景下的应用和潜在陷阱（如死锁）。 内存池与动态内存管理：讨论在资源受限的RTOS环境中，如何安全有效地管理堆内存，避免内存碎片化。 第六章：嵌入式软件调试、测试与安全 构建可靠的嵌入式产品要求严格的质量控制和安全意识。 调试技术进阶：超越简单的串口打印，讲解JTAG/SWD调试器的原理，以及如何利用断点、观察点、内存查看和性能分析工具进行高效的故障排查。 单元测试与集成测试：介绍如何在宿主机上模拟硬件环境进行代码的单元测试，以及在目标板上进行系统级集成测试的策略，特别是针对实时性要求的测试方法。 嵌入式系统安全基础：探讨固件认证（Secure Boot）、数据加密存储、防篡改机制的初步概念，以及常见的软件漏洞类型（如缓冲区溢出在嵌入式代码中的表现）。 第三部分：系统集成与工程实践 本部分将前两部分的知识融会贯通，聚焦于构建完整的、可部署的嵌入式解决方案。 第七章：复杂数据接口与网络协议栈 现代嵌入式系统几乎都涉及数据交互。本章聚焦于系统级的通信集成。 串行通信深度解析：除了基础的UART，深入探讨CAN总线（用于汽车和工业控制）的报文结构和仲裁机制。 TCP/IP协议栈的嵌入式实现：讲解轻量级协议栈（如LwIP）的架构，以及在有限资源下如何高效地管理Socket资源和处理网络事件。讨论MQTT、CoAP等物联网通信协议的特点和使用场景。 第八章：构建系统：编译、链接与固件升级 从源代码到可执行固件的完整流程管理是工程化的关键。 交叉编译工具链的深入理解：详细解析GCC/Clang工具链在嵌入式环境中的工作流程，包括预处理、编译、汇编和链接脚本的作用。重点讲解链接脚本（Linker Script）如何精确控制代码和数据在目标存储器中的位置。 版本控制与构建系统：介绍Git在嵌入式项目中的应用，并探讨CMake等现代构建系统如何管理复杂的依赖关系和多目标编译。 可靠的空中升级（OTA/FOTA）机制：设计和实现A/B分区升级方案，确保在升级失败或电源中断时系统仍能保持可恢复性，这是产品发布中至关重要的一环。 第九章：人机交互与传感器融合 本章讨论嵌入式系统如何感知世界并反馈信息。 输入/输出驱动实践：涵盖LCD/OLED显示驱动、触摸屏校准，以及多路ADC/DAC的同步采样技术。 传感器数据处理：讨论如何从噪声数据中提取有用信息，包括数字滤波技术（如卡尔曼滤波器的简化应用）和传感器校准的工程方法。 本书的最终目标是培养读者成为能够独立设计、实现和维护复杂嵌入式产品的高级工程师，侧重于架构设计能力、跨平台适应性以及对系统整体性能的优化，而非单纯依赖特定芯片厂商提供的特定例程。

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