硬件系统工程师宝典

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出版者:电子工业出版社
作者:张志伟
出品人:
页数:348
译者:
出版时间:2015-1
价格:68.00元
装帧:平装
isbn号码:9787121249822
丛书系列:
图书标签:
  • 硬件
  • 硬件设计
  • 科技
  • 电子
  • 电子与半导体技术
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  • PCB设计
  • 故障排查
  • 工程师手册
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具体描述

《EDA精品智汇馆:硬件系统工程师宝典》硬件系统设计中的常见需求,设计中需要考虑的各类概要设计及开发平台的归纳,SI的理论分析及满足SI的常用设计方法,PI的理论分析及满足PI的常用设计方法,EMC/EMI的理论分析及满足EMC/EMI的常用设计方法,DFX的理论分析及满足DFX的常用设计方法,电路设计中常用各类器件的原理说明及常用电路的原理图设计,对PCB设计中的布局、布线及PCB的板级仿真分析进行了归纳分类,对PCB设计的后续工作及PCB加工的技术要求进行了归纳总结。

《嵌入式系统设计精要》 内容简介: 本书深入探讨嵌入式系统设计的核心原理与实践,为广大电子工程、计算机科学及相关领域的工程师和研究人员提供一套系统、全面的知识体系。从基础理论到前沿技术,本书力求循序渐进,将复杂的概念转化为易于理解的语言,并辅以丰富的实例,帮助读者夯实基础,提升解决实际问题的能力。 第一部分:嵌入式系统基础 本部分首先构建读者对嵌入式系统的整体认知。我们将从嵌入式系统的定义、特点、发展历程入手,阐述其在现代社会无处不在的应用场景,如消费电子、工业自动化、汽车电子、医疗设备等。随后,将深入介绍嵌入式系统的基本构成,包括微处理器/微控制器(MCU)、存储器(RAM, ROM, Flash)、输入/输出(I/O)接口、外围设备以及软件部分(固件、操作系统)。重点会放在对不同类型微处理器的架构、指令集、时钟、中断机制等进行深入剖析,使其成为读者构建硬件系统的基石。 第二部分:硬件设计与选型 在掌握了基础概念后,本书将引导读者进入硬件设计的核心领域。我们将详细讲解各种常见的嵌入式处理器选型原则,包括性能需求、功耗约束、成本考量、接口丰富度等关键因素。接着,本书将深入剖析嵌入式系统中关键的硬件模块设计,如电源管理(低功耗设计、电源滤波、稳压)、时钟系统(晶振选型、倍频PLL)、存储器接口(SDRAM、NAND Flash、NOR Flash的连接与时序)、通信接口(UART、SPI、I2C、USB、Ethernet、CAN等)的设计与调试。此外,针对信号完整性、电源完整性等高级硬件设计议题,本书也将提供实用的分析方法和工程实践建议。PCB(Printed Circuit Board)设计将作为重要环节进行阐述,包括元器件布局、布线规则、差分信号处理、电磁兼容(EMC)设计等,旨在帮助读者设计出可靠、高性能的嵌入式硬件平台。 第三部分:嵌入式软件开发 硬件设计离不开软件的支持,本书将全面介绍嵌入式软件开发的流程与关键技术。我们将从裸机编程开始,讲解如何通过C/C++语言实现对硬件的直接控制。随后,将引入实时操作系统(RTOS)的概念,深入分析RTOS的任务管理、调度算法、进程间通信(IPC)、中断处理、内存管理等核心机制,并以FreeRTOS、RT-Thread等主流RTOS为例,讲解其实际应用。本书还将重点关注嵌入式设备驱动程序的开发,包括GPIO、定时器、ADC/DAC、DMA、网络接口、显示接口等常用外设的驱动编写与调试。代码优化、调试技巧(使用JTAG/SWD接口、逻辑分析仪、示波器等工具)以及嵌入式系统的性能分析与调优也是本部分的重点内容。 第四部分:系统集成与测试 系统的成功实现离不开有效的集成与严格的测试。本书将详细阐述嵌入式系统的集成流程,从硬件与软件的协同调试,到各模块功能的验证。我们将探讨单元测试、集成测试、系统测试的策略和方法,以及如何构建有效的测试用例。故障注入测试、稳定性测试、性能测试等高级测试技术也将被介绍,帮助读者全面评估系统的健壮性和可靠性。软件更新与维护、版本控制、配置管理等工程实践也将贯穿其中。 第五部分:高级主题与未来趋势 为了跟上技术发展的步伐,本书还将探讨一些高级嵌入式系统设计的主题。这包括嵌入式Linux系统的构建与应用(交叉编译、根文件系统、设备树)、异构计算(CPU+GPU+FPGA)、人工智能在嵌入式系统中的应用(边缘计算、模型部署)、物联网(IoT)通信协议(MQTT、CoAP)、嵌入式安全(加密、认证、固件安全)以及嵌入式系统的功耗优化与能量采集等前沿领域。最后,本书将对嵌入式系统的未来发展趋势进行展望,包括RISC-V架构的兴起、无处不在的连接性、智能化与自主化等,为读者的职业发展提供方向性指导。 本书特色: 体系完整: 涵盖嵌入式系统设计的理论基础、硬件设计、软件开发、系统集成与测试等各个环节,形成一套完整的知识体系。 深入浅出: 复杂概念用清晰的语言解释,辅以大量图示和代码示例,便于读者理解和实践。 工程导向: 强调实际工程应用中的关键问题和解决方案,提供大量的工程经验和技巧。 前沿视野: 关注嵌入式系统设计的最新发展和技术趋势,为读者提供长远的职业发展参考。 适用人群: 电子工程、计算机科学、自动化等相关专业的在校学生。 希望深入理解嵌入式系统设计原理的工程师。 正在从事嵌入式产品开发、需要提升设计和调试能力的工程师。 对嵌入式系统设计感兴趣的爱好者和技术研究人员。 《嵌入式系统设计精要》 将是您在嵌入式系统设计领域不可多得的良师益友,助您驾驭复杂的技术挑战,打造高性能、高可靠性的嵌入式系统。

作者简介

目录信息

第1章 需求分析
1.1 功能需求
1.1.1 供电方式及防护
1.1.2 输入与输出信号类别
1.1.3 线通信功能
1.2 整体性能要求
1.3 用户接口要求
1.4 功耗要求
1.5 成本要求
1.6 IP和NEMA防护等级要求
1.7 需求分析案例
1.8 本章小结
第2章 概要设计及开发平台
2.1 ID及结构设计
2.2 软件系统开发
2.2.1 操作系统的软件开发
2.2.2 有操作系统的软件开发
2.2.3 软件开发的一般流程
2.3 硬件系统概要设计
2.3.1 信号完整性的可行性分析
2.3.2 电源完整性的可行性分析
2.3.3 EMC的可行性分析
2.3.4 结构与散热设计的可行性分析
2.3.5 测试的可行性分析
2.3.6 工艺的可行性分析
2.3.7 设计系统框图及接口关键链路
2.3.8 电源设计总体方案
2.3.9 时钟分配图
2.4 PCB开发工具介绍
2.4.1 Cadence Allegro
2.4.2 Mentor系列
2.4.3 Zuken系列
2.4.4 Altium系列
2.4.5 PCB封装库助手
2.4.6 CAM350
2.4.7 Polar Si9000
2.5 RF及三维电磁场求解器工具
2.5.1 ADS
2.5.2 ANSYS Electromagnetics Suite
2.5.3 CST
2.5.4 AWR Design Environment
2.6 本章小结
第3章 信号完整性(SI)分析方法
3.1 信号完整性分析概述
3.2 信号的时域与频域
3.3 传输线理论
3.4 信号的反射与端接
3.5 信号的串扰
3.6 信号完整性分析中的时序设计
3.7 S参数模型
3.8 IBIS模型
3.9 本章小结
第4章 电源完整性(PI)分析方法
4.1 PI分析概述
4.2 PI分析的目标
4.3 PI分析的设计实现方法
4.3.1 电源供电模块VRM设计
4.3.2 直流压降及通流能力
4.3.3 电源内层平面的设计
4.4 本章小结
第5章 EMC/EMI分析方法
5.1 EMC/EMI分析概述
5.2 EMC标准
5.3 PCB的EMC设计
5.3.1 EMC与SI、PI综述
5.3.2 模块划分及布局
5.3.3 PCB叠层结构
5.3.4 滤波在EMI处理中的应用
5.3.5 EMC中地的分割与汇接
5.3.6 EMC中的屏蔽与隔离
5.3.7 符合EMC的信号走线与回流
5.4 本章小结
第6章 DFX分析方法
6.1 DFX分析概述
6.2 DFM――可制造性设计
6.2.1 印制板基板材料选择
6.2.2 制造的工艺及制造水平
6.2.3 PCB设计的工艺要求(PCB工艺设计要考虑的基本问题)
6.2.4 PCB布局的工艺要求
6.2.5 PCB布线的工艺要求
6.2.6 丝印设计
6.3 DFT――设计的可测试性
6.4 DFA――设计的可装配性
6.5 DFE――面向环保的设计
6.6 本章小结
第7章 硬件系统原理图详细设计
7.1 原理图封装库设计
7.2 原理图设计
7.2.1 电阻特性分析
7.2.2 电容特性分析
7.2.3 电感特性分析
7.2.4 磁珠特性分析
7.2.5 BJT应用分析
7.2.6 MOSFET应用分析
7.2.7 LDO应用分析
7.2.8 DC/DC应用分析
7.2.9 处理器
7.2.10 常用存储器
7.2.11 总线、逻辑电平与接口
7.2.12 ESD防护器件
7.2.13 硬件时序分析
7.2.14 Datasheet与原理图设计的前前后后
7.3 Pspice仿真在电路设计中的应用
7.4 本章小结
第8章 硬件系统PCB详细设计
8.1 PCB设计中的SIPIEMCEMIESDDFX
8.2 PCB的板框及固定接口定位
8.3 PCB的叠层结构:信号层与电源平面
8.3.1 PCB的板材:Core和PP,FPC
8.3.2 传输线之Si9000阻抗计算
8.3.3 PCB平面层敷铜
8.4 PCB布局
8.4.1 PCB布局的基本原则
8.4.2 PCB布局的基本顺序
8.4.3 PCB布局的工艺要求及特殊元器件布局
8.4.4 PCB布局对散热性的影响:上风口、下风口
8.5 PCB布线
8.5.1 PCB布线的基本原则
8.5.2 PCB布线的基本顺序
8.5.3 PCB走线中的Fanout处理
8.6 常见电路的布局、布线
8.6.1 电源电路的布局、布线
8.6.2 时钟电路的布局、布线
8.6.3 接口电路的布局、布线
8.6.4 CPU最小系统的布局、布线
8.7 PCB级仿真分析
8.7.1 信号完整性前仿真分析
8.7.2 信号时序Timing前仿真分析
8.7.3 信号完整性后仿真分析
8.7.4 电源完整性后仿真分析
8.7.5 PCB级EMC/EMI仿真分析
8.8 本章小结
第9章 PCB设计后处理及Gerber输出
9.1 板层走线检查及调整
9.2 板层敷铜检查及修整
9.3 丝印文字及LOGO
9.4 尺寸和公差标注
9.5 Gerber文档输出及检查
9.6 PCB加工技术要求
9.7 本章小结
附录A Orcad PSpice仿真库
附录B Cadence Allegro调试错误及解决方法
附录C Allegro错误代码对应表
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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整本书详细完整全面的介绍了作为一个硬件系统工程师的知识结构,对于高级工程师而言,看这本书,可以查漏补缺的把自己的知识结构完善系统化,但是作者限于篇幅,这一部分的知识写得还不够深入。 对于初级工程师而言,789章写的操作层面的知识和技能比较多,适合研究一下。但是...

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整本书详细完整全面的介绍了作为一个硬件系统工程师的知识结构,对于高级工程师而言,看这本书,可以查漏补缺的把自己的知识结构完善系统化,但是作者限于篇幅,这一部分的知识写得还不够深入。 对于初级工程师而言,789章写的操作层面的知识和技能比较多,适合研究一下。但是...

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用户评价

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这本《硬件系统工程师宝典》真是让我大开眼界!作为一个初入硬件设计的小白,我一直苦恼于从何下手,面对堆积如山的资料和抽象的概念,常常感到无从捉摸。然而,当我翻开这本书,那种困惑感瞬间烟消云散。它就像一位经验丰富的老者,循循善诱地将我带入硬件设计的奇妙世界。书中的讲解,并非一味地罗列技术术语,而是通过大量生动形象的例子,将那些看似枯燥的原理一一剖析。例如,在讲解数字逻辑门时,作者并非简单地给出真值表,而是通过一个实际的电路模型,模拟了信号的流动和变化,让我瞬间理解了AND、OR、NOT等基本门电路在实际应用中的作用。更令人赞赏的是,它还巧妙地将理论知识与实际项目案例相结合,让我看到了理论是如何落地生根,开花结果的。比如,在介绍FPGA设计流程时,书中就详细阐述了一个智能家居控制器的设计过程,从需求分析到逻辑实现,再到板级调试,每一步都进行了深入浅出的讲解,让我仿佛置身于真实的开发环境中,亲身体验了整个设计周期。这本书不仅仅是技术手册,更像是引路灯,为我指明了前进的方向,让我对硬件工程师这个职业充满了信心和期待。

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作为一名在校的电子工程专业学生,我一直渴望找到一本能够系统性地梳理硬件知识体系的书籍。市面上的教材往往偏重理论,对于实际工程中的细节和挑战涉及较少,而一些工具书又过于碎片化。《硬件系统工程师宝典》恰好填补了这一空白。它以一种非常“工程师”的视角来解读硬件,从最基础的信号层面,逐步深入到复杂的系统集成。书中最令我印象深刻的是它关于“设计可测试性”(Design for Testability, DFT)的讲解。过去我只知道功能测试,却从未真正理解过DFT的重要性。这本书清晰地阐述了DFT的原理、方法和在芯片设计中的应用,让我明白了为什么很多看似功能正常的芯片,在实际生产中需要进行额外的测试。通过书中提供的DFT约束和扫描链插入等例子,我终于理解了如何让自己的设计更容易被测试和验证,这对于未来的工作将是巨大的帮助。此外,书中还对一些前沿的硬件技术,如AI硬件加速器和物联网设备设计,进行了前瞻性的介绍,这让我对未来的技术发展趋势有了更清晰的认识,也为我选择未来的研究方向提供了宝贵的参考。

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在阅读《硬件系统工程师宝典》之前,我对硬件设计的理解,更像是散落的珍珠,零散不成体系。而这本书,则像是一根神奇的丝线,将这些珍珠串联起来,形成了一幅完整的图景。它不仅仅是技术的堆砌,更是一种设计思想的传递。书中所强调的“自顶向下”和“自底向上”的设计方法论,让我对如何规划和组织复杂的硬件项目有了全新的认识。我特别喜欢书中关于“系统级验证”的章节,它详细讲解了从早期验证计划到后期集成验证的各个阶段,以及如何有效地利用仿真、硬件加速和原型验证等手段来确保设计的正确性。这让我意识到,验证并非只是设计的最后一步,而是一个贯穿整个设计周期的重要环节。此外,书中关于“团队协作与项目管理”的章节,也为我提供了宝贵的经验。在实际工作中,硬件工程师需要与软件工程师、测试工程师等多方协作,而这本书提供的有效沟通和协调策略,对于提升团队效率和项目成功率至关重要。这本书的价值,在于它不仅仅教授技术,更培养工程师的全局观和系统思维。

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我之前涉足过一些嵌入式开发,但总觉得对底层硬件的理解不够透彻,尤其是在处理一些高性能、高可靠性的系统时,常常会遇到瓶颈。这本书的出现,简直是雪中送炭!它深入剖析了各种硬件系统的核心架构和设计哲学,让我对CPU、内存、总线等关键组件有了全新的认识。书中关于时序分析的章节,简直是我的福音。我过去在调试高速信号时,常常为时序违例头疼不已,而这本书提供了系统性的解决方案,从时钟域划分到跨时钟域处理,再到信号完整性分析,每一个环节都讲解得非常到位,并且提供了实用的测量和调试技巧,让我以后在面对类似问题时,能够更加从容不迫。此外,书中关于功耗管理和散热设计的篇幅也让我受益匪浅。在如今对能效要求越来越高的时代,这两点至关重要,而这本书提供了多种有效的优化策略,比如动态电压频率调整(DVFS)、低功耗模式设计等,让我意识到,好的硬件设计不仅仅是功能的实现,更是对资源的高效利用。这本书的深度和广度,绝对是为有一定基础的硬件工程师量身打造的,它能帮助你突破现有的认知框架,迈向更高级的设计境界。

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老实说,我是一名有多年从业经验的硬件工程师,已经习惯了按部就班地完成任务,对于“宝典”这类词汇,内心是有些许抗拒的,总觉得会流于表面。然而,当我拿起这本书,才发现我错得离谱。它并没有回避那些最棘手、最耗时的问题,反而将它们一一摆在台面上,并且给出了令人信服的解决方案。书中关于“调试与故障排除”的部分,简直是我的“救命稻草”!我常常会遇到那些难以捉摸的硬件问题,花费大量时间却找不到根源,而这本书提供的系统性调试流程,从现象分析到根本原因定位,再到验证修复,每一步都细致入微,并且融合了大量的实际案例,让我受益匪浅。例如,书中对信号完整性问题进行剖析时,不仅仅讲解了电磁干扰(EMI)和串扰(Crosstalk)的成因,还提供了具体的仿真工具和测量仪器使用指南,让我能够快速定位问题并进行有效修复。这本书的价值在于,它不仅仅停留在理论层面,而是将理论知识转化为可执行的操作指南,真正帮助工程师解决实际问题,提升工作效率。

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国内硬件系统设计的书很少!给个五星 大体脉络:需求,可行性分析,设计平台,SI设计,PI设计,EMC设计,FDX分析,原理图设计,PCB设计,PCB制造。

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国内硬件系统设计的书很少!给个五星 大体脉络:需求,可行性分析,设计平台,SI设计,PI设计,EMC设计,FDX分析,原理图设计,PCB设计,PCB制造。

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国内硬件系统设计的书很少!给个五星 大体脉络:需求,可行性分析,设计平台,SI设计,PI设计,EMC设计,FDX分析,原理图设计,PCB设计,PCB制造。

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介绍的比较全面,资料较新,适合初学

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介绍的比较全面,资料较新,适合初学

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