具体描述
好的，以下是一份不包含《数字电子技术基础》电子教案内容的图书简介，力求详细、自然，并避免任何人工智能痕迹的表达。 --- 书名： 《嵌入式系统设计与实践：基于ARM Cortex-M微控制器》 图书简介： 第一部分： 驾驭现代嵌入式系统的核心脉搏 本书旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的视角，剖析当代嵌入式系统的设计、开发与实现过程。我们聚焦于当今工业界与学术界广泛采用的ARM Cortex-M系列微控制器，将其作为构建复杂嵌入式应用的核心平台。不同于侧重于基础逻辑电路或纯粹理论推导的传统教材，本书的设计哲学是“理论指导实践，实践深化理解”。 全书结构紧凑，内容层层递进，从最底层的硬件抽象层（HAL）到复杂的实时操作系统（RTOS）应用，构建起一条完整的知识体系链条。我们深知，在快速迭代的电子工程领域，对具体硬件架构的深入理解是创新的基石。因此，第一部分将详尽解析Cortex-M内核的流水线结构、中断管理机制（NVIC）、内存保护单元（MPU）的工作原理，并辅以大量实战案例，展示如何高效地利用寄存器级编程来优化性能与功耗。读者将不再是简单地调用库函数，而是能够洞察函数调用背后的硬件实现细节。 第二部分： 驱动与通信——连接物理世界与数字大脑 嵌入式系统的核心价值在于其“嵌入”特性，即与外部物理世界的交互能力。本书的第二部分将耗费大量篇幅，系统地讲解如何高效地驱动和采集各类传感器与执行器。我们不满足于简单的GPIO配置，而是深入探讨定时器（Timer）的高级应用，如脉冲宽度调制（PWM）在电机控制中的精确应用、输入捕获（Input Capture）在信号测量中的精度校准等。 在数据通信方面，本书提供了对主流串行通信协议的详尽解析与实战指南。对于通用异步收发器（UART），我们将分析波特率的精确生成与干扰抑制；对于同步协议如SPI和I2C，我们将详细拆解时序图，演示如何高效地读写外部EEPROM、ADC/DAC转换器以及LCD显示屏。更进一步，我们将引入总线仲裁机制和DMA（直接存储器访问）控制器，阐述如何卸载CPU的I/O负担，实现真正意义上的并行处理，这是构建高性能嵌入式系统的关键技术。 第三部分： 实时性保障与软件架构 现代嵌入式应用，尤其是工业控制、医疗设备和汽车电子，对时间确定性有着严苛的要求。本书的第三部分是本书的亮点之一，专注于实时操作系统（RTOS）的应用与内核裁剪。我们选择FreeRTOS作为主要的教学平台，因为它兼具轻量化和广泛应用性。 读者将学习如何创建、管理任务（Task），理解任务的创建、就绪、运行和阻塞状态转换。重点讲解了线程间通信与同步机制：信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）和消息队列（Queue）。我们将通过具体案例，如“生产者-消费者模型”和“资源抢占的死锁预防”，帮助读者掌握编写健壮、无竞争条件的代码。此外，我们还将探讨中断服务程序（ISR）与任务调度的协同边界，确保系统响应的实时性与代码的稳定性。 第四部分： 进阶主题与前沿技术整合 为了拓宽读者的视野，本书的最后一部分触及了当前嵌入式领域的前沿技术。 首先是网络化嵌入式系统。我们将详细介绍如何利用TCP/IP协议栈在微控制器上实现网络连接，涵盖以太网和新兴的低功耗广域网（LPWAN）基础概念。对于需要边缘计算能力的场景，我们将简要介绍嵌入式Linux与实时操作系统（RTOS）的协同工作模式，即“异构多核”的开发思路。 其次，系统安全与可靠性是不可忽视的一环。我们将探讨固件更新机制（OTA），包括如何安全地验证下载的固件，防止恶意代码注入。此外，Bootloader的设计与实现，作为系统启动的守护者，其重要性不言而喻，本书提供了从底层启动代码到用户应用加载的完整流程剖析。 目标读者与学习成果： 本书面向电子工程、自动化、计算机科学等相关专业的本科高年级学生、研究生以及有志于转向嵌入式系统开发的工程师。通过本书的学习，读者不仅能够熟练掌握主流微控制器的软硬件开发流程，更重要的是，能够具备独立分析复杂系统需求、设计高效能、高可靠性嵌入式解决方案的工程能力。每一章后的实验设计均要求读者亲自动手完成，确保理论知识能够转化为实际的工程技能。本书的最终目标是培养能够独立负责嵌入式产品生命周期中关键环节的工程师。 ---
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