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出版者:Addison-Wesley

作者:Simon, David E.

出品人:

页数:448

译者:

出版时间:1999-8

价格:$ 67.79

装帧:Pap

isbn号码:9780201615692

丛书系列:

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电子设计与系统集成：构建现代嵌入式系统的坚实基础 一本面向工程师、开发者和技术爱好者的深度实践指南，全面解析从底层硬件到复杂软件集成的核心技术与最佳实践。 在当今技术飞速发展的时代，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能家居设备到工业自动化、从医疗器械到尖端航空航天技术。理解并掌握构建这些复杂系统的底层原理和高级集成技术，是每一位致力于前沿电子工程领域的专业人士的必备技能。本书《电子设计与系统集成》正是为此目标而生，它不侧重于某一特定微控制器家族的特定编程范例，而是提供了一套普适性的、跨平台的、以系统思维为核心的设计哲学和工程方法论。 本书旨在填补理论与实际工程应用之间的鸿沟，为读者提供一个全面、深入且高度实用的知识框架，使他们能够自信地驾驭从概念设计到最终产品部署的全过程。 --- 第一部分：硬件基础与接口深度解析 (The Bedrock of Integration) 本部分聚焦于嵌入式系统的物理层基础，详细探讨了现代处理器架构、关键外设的工作机制，以及确保系统稳定、高效运行所需的硬件设计考量。 第一章：现代处理器架构选型与优化 本章深入剖析了冯·诺依曼与哈佛架构的现代演变，重点对比了RISC-V、ARM Cortex-M/R/A系列在功耗、性能与实时性上的权衡。我们将探讨流水线深度、缓存一致性、分支预测对实际代码执行时间的影响，并提供一套系统化的评估矩阵，帮助工程师根据应用需求选择最合适的处理器核心。内容涵盖了内存保护单元（MPU）和内存管理单元（MMU）的基础配置与作用，为后续的操作系统移植打下基础。 第二章：关键外设接口的底层驱动与时序控制 本章是实践操作的核心，详细解析了高速和低速数据传输协议的工作原理和硬件实现细节。 串行通信深度剖析： 不仅讲解UART、SPI、I2C的基础读写，更侧重于时序约束（Setup/Hold Time）、总线仲裁机制、多主/多从配置下的冲突解决策略。对于SPI，将深入探讨DMA与硬件片选（SS）的协同工作以实现零CPU干预的高速数据流。 模拟与混合信号处理： ADC/DAC的有效采样率、量化误差、参考电压的噪声抑制是本章的重点。我们将讨论如何通过硬件滤波和软件平均化来提高信噪比（SNR）。同时，会详细介绍PWM在电机控制和电源管理中的高级应用，包括死区生成和闭环反馈的硬件实现。 高速同步接口： 对PCIe和USB 3.0/Type-C等高带宽接口，本章着重于物理层（PHY）与链路层（Link Layer）的握手过程、错误检测与重传机制，并概述了主机/设备枚举流程的关键步骤。 第三章：电源完整性与电磁兼容性（EMC/EMI）设计 一个成功的嵌入式产品，其硬件必须是健壮的。本章超越了简单的电源拓扑图，深入探讨了电源完整性（PI）和电磁兼容性（EMC）的工程实践。内容包括：去耦电容的选型与布局（包括高频与低频的叠加）、电源平面分割的艺术、电感器饱和电流与Q值对DC-DC转换器效率的影响。在EMC方面，我们将分析辐射源（如高速时钟、开关电源）的识别，以及屏蔽层设计、接地策略（单点接地、混合接地）在PCB布局中的关键作用。 --- 第二部分：系统软件架构与资源管理 (The Engineering of Abstraction) 本部分将视角从硬件提升到操作系统、驱动模型和软件架构层面，关注如何高效地管理有限的硬件资源，并构建可维护、可扩展的软件系统。 第四章：设备驱动模型与抽象层设计 本章强调“硬件无关性”的软件设计原则。我们将详细阐述Linux内核和实时操作系统（RTOS）中设备驱动的通用结构，包括平台总线、设备树（Device Tree）在描述异构硬件中的作用。读者将学习如何设计一个健壮的抽象层（HAL/LLAPI），使得底层硬件的更换或升级不需对上层应用逻辑进行大规模修改。重点讨论中断服务例程（ISR）的设计原则：快速执行、延迟处理、上下文切换的代价。 第五章：实时操作系统（RTOS）的任务调度与同步机制 对于需要确定性响应的应用，RTOS是核心。本章对比分析了抢占式、协作式、固定优先级和动态优先级调度算法的优缺点。核心内容包括：如何正确使用信号量、互斥锁（Mutex）和消息队列来避免竞态条件和死锁。我们将用具体的案例展示优先级反转问题（Priority Inversion）的成因和使用优先级继承协议（Priority Inheritance Protocol）或优先级天花板协议（Priority Ceiling Protocol）进行缓解的实际代码示例。 第六章：内存管理与代码空间优化 在资源受限的环境中，内存是至关重要的资源。本章探讨了嵌入式系统中动态内存分配器的替代方案，如内存池（Memory Pools）和静态块分配。对于固件更新机制，我们将深入分析A/B分区、Bootloader的角色，以及如何安全地在非易失性存储器（如NOR/NAND Flash）上实现原子性更新，以应对断电风险。同时，讲解链接脚本（Linker Script）的定制化，以精确控制代码和数据在Flash/RAM中的布局。 --- 第三部分：系统集成、验证与可靠性工程 (From Prototype to Production) 成功的系统不仅需要能运行，更需要稳定、安全且易于调试。本部分关注系统集成流程、测试方法和面向工业级的可靠性保障。 第七章：嵌入式系统的调试与追踪技术 本章将高级调试工具的使用提升到工程哲学的层面。重点讲解JTAG/SWD接口在硬件级别的断点设置、内存观察与修改。对于时序相关的复杂错误，我们将详细介绍逻辑分析仪和示波器在捕获多通道同步信号、分析总线波形失真方面的专业应用。此外，本书将介绍利用片上追踪宏（Trace Macros）和环形缓冲区（Ring Buffer）进行非侵入式系统级事件记录的技巧。 第八章：网络协议栈的嵌入式实现与安全加固 随着物联网（IoT）的发展，嵌入式设备联网已成常态。本章专注于TCP/IP协议栈在资源受限环境下的裁剪与优化。我们将分析LWIP等轻量级协议栈的内存占用和任务结构。在安全方面，本书详细介绍TLS/SSL握手过程的资源开销，以及硬件安全模块（HSM）或信任根（RoT）在密钥存储和固件签名验证中的集成方法，探讨防止侧信道攻击（Side-Channel Attacks）的软件防御策略。 第九章：可靠性、可维护性与OTA更新策略 本章面向产品的长期生命周期管理。讨论如何通过设计冗余、看门狗定时器（WDT）的合理配置和故障注入测试来提高系统可靠性。最后，我们将构建一个端到端（End-to-End）的OTA（Over-The-Air）固件更新流程模型，包括：安全下载、完整性校验（CRC/Hash）、回滚机制设计，以及如何平衡更新的频率与设备运行的稳定性。 --- 目标读者： 本书适合具备C/C++基础，并希望深入理解嵌入式系统硬件与软件交叉领域的高级工程师、系统架构师，以及在航空电子、工业控制、汽车电子等领域寻求突破的研发人员。通过系统化的学习，读者将能够设计出性能卓越、资源高效且极其可靠的下一代嵌入式产品。

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这本书，我拿在手里的时候，就觉得它是一块沉甸甸的宝藏。名字叫做《An Embedded Software Primer》，听起来就充满了探索和启蒙的意味。我知道，在如今这个万物互联、智能设备无处不在的时代，嵌入式软件扮演着至关重要的角色，但它的背后到底有着怎样的逻辑，怎样的开发流程，我一直充满好奇。翻开第一页，不是我预期的那些晦涩难懂的专业术语堆砌，而是以一种极其友好的方式，引导我走进这个领域。作者仿佛是一位经验丰富的向导，耐心地为我指点迷津。从最基础的硬件平台介绍，到微控制器的核心架构，再到存储器的工作原理，一切都被拆解得无比清晰。我尤其喜欢其中关于“实时性”的讨论，作者用了很多贴近生活的例子，比如自动驾驶汽车的刹车系统、工业机器人的精准控制，来阐述为什么嵌入式软件必须保证极高的实时响应速度，以及为此需要付出怎样的努力。那种感觉，就像是在解开一个复杂的谜团，每揭开一层，就对这个世界有了更深的理解。我甚至开始想象，我身边那些看似平凡的设备，背后都隐藏着怎样的智慧。比如我的智能手表，它如何准确地捕捉我的心率？我的智能音箱，它是如何瞬间理解我的指令的？这本书，不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的启迪，让我从一个被动的消费者，转变为一个能够审视和理解这些科技背后原理的“小小探险家”。我迫不及待地想要深入学习下去，去了解更多的概念，去掌握更多的技巧，去感受嵌入式软件开发的魅力。

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翻开《An Embedded Software Primer》，我带着一种“旁观者”的好奇，希望能从中窥探嵌入式软件开发的一角。但随着阅读的深入，我发现自己完全被吸引住了，仿佛置身于一个充满挑战和创造力的数字世界。作者在书中详细阐述了嵌入式系统中“状态机”的设计思想，并用了很多直观的图示来描绘不同状态之间的转换。我尤其对“定时器”和“事件驱动”在状态机中的应用印象深刻，作者演示了如何利用它们来实现复杂的系统逻辑，并确保程序的响应效率。这让我开始理解，为什么许多嵌入式系统能够如此精准地控制时间和响应各种外部输入。我开始能够分析出，一个设计良好的状态机，能够让复杂的系统变得清晰易懂，易于维护。这本书，不仅仅是技术知识的传递，更是设计思路的引导，它让我看到了如何将模糊的需求转化为清晰、可执行的逻辑，也为我未来设计和开发嵌入式系统提供了重要的启示。

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《An Embedded Software Primer》这本书，就像是一个精心设计的“入门礼包”，将复杂的嵌入式软件世界呈现在我的面前。我一直对那些能够让机器“活起来”的软件充满好奇，特别是那些微小而强大的嵌入式系统。作者在书中详细阐述了嵌入式系统中的“中断机制”，并将其与传统的轮询方式进行了对比。他用了很多生动的例子，比如工业生产线上的紧急停止按钮，来说明中断处理的及时性和重要性。我第一次深刻地理解了，为什么在需要快速响应的场景下，中断是如此的不可或缺。作者还详细介绍了不同类型的中断，以及如何编写高效的中断服务程序，这让我对如何编写“响应迅速”的代码有了全新的认识。我开始意识到，嵌入式软件的开发，不仅仅是功能的实现，更是对系统性能和响应速度的极致追求。这本书，就像一盏明灯，照亮了我探索嵌入式软件世界的道路，让我看到了其中蕴藏的无限挑战和乐趣。

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《An Embedded Software Primer》这本书，对我来说，不仅仅是一本技术书籍，更像是一扇通往“掌控”的窗口。我一直对那些能够驱动现实世界运行的“代码”充满着神秘感，特别是那些隐藏在各种嵌入式设备中的软件。这本书，以一种极其系统和严谨的方式，为我拆解了这份神秘。作者在讲解嵌入式系统的功耗管理时，着重分析了不同硬件模块在不同工作状态下的功耗表现，以及软件如何通过优化算法和硬件配置来降低功耗。我尤其喜欢他关于“低功耗模式”的介绍，作者详细地阐述了如何通过关闭不必要的设备、调整时钟频率、进入睡眠模式等方式来延长设备的电池续航时间。这让我开始理解，为什么一些物联网设备能够长时间运行而无需充电。这种对细节的关注，让我看到了嵌入式软件开发中“精益求精”的精神。我开始明白，一个优秀的嵌入式软件工程师，不仅要写出能工作的代码，更要写出高效、可靠、低功耗的代码。这本书，为我打开了认识这个世界的另一维度，让我看到了那些支撑着我们现代生活的“幕后英雄”，也为我指明了探索和学习的方向。

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这本书，就像是为我量身定制的一份“秘密武器”指南，让我能够更好地理解和掌握那些潜藏在我们生活中的“智能”。在我接触到《An Embedded Software Primer》之前，我对许多智能硬件的内部运作机制都充满了模糊的想象。我总觉得，那些小小的设备，怎么就能如此“聪明”？这本书，就像一位经验丰富的老师，循序渐进地为我揭示了这一切的奥秘。作者在书中花费了大量的篇幅来讲解嵌入式系统的内存管理，从内存的划分到数据的存储，再到各种内存保护机制，每一个细节都被剖析得淋漓尽致。我尤其对“堆栈”和“堆”的概念印象深刻，作者用通俗易懂的语言，结合具体的代码例子，让我彻底理解了它们的区别和应用场景。这不仅仅是理论上的理解，更是一种思维上的升华。我开始能够分析出，为什么某些程序会因为内存溢出而崩溃，为什么某些函数调用会导致程序运行异常。这种对底层原理的深入理解，让我对软件的健壮性和效率有了全新的认识。这本书，就像一本武功秘籍，教会了我如何去“内视”程序，如何去洞察那些肉眼看不见的逻辑。我不再仅仅满足于使用这些智能设备，我开始渴望去理解它们，去创造它们。

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读完这本书，我最大的感受就是，它彻底颠覆了我对“嵌入式”的刻板印象。我之前以为，嵌入式软件就是一些简单的、固定的程序，运行在小小的芯片上，没有什么技术含量。但这本书，就像一把钥匙，为我打开了一扇全新的大门，让我看到了嵌入式软件世界里蕴含的无限可能。作者在描述操作系统在嵌入式系统中的作用时，用了大量篇幅去讲解实时操作系统（RTOS）的原理和优势。他详细地分析了任务调度、进程间通信、中断处理等核心概念，并且用了很多生动的图示来辅助说明。我第一次明白了，为什么在资源受限的嵌入式设备上，一个高效的RTOS是如此重要。它能够让多个任务有序地运行，保证系统的稳定性和响应速度。我特别喜欢关于“上下文切换”的解释，作者将它比作多任务处理中的“快速换装”，让我瞬间就能理解其中的复杂性。这本书，不仅仅是理论的讲解，更充满了实践的指导。作者在书中穿插了大量的代码示例，这些示例都经过精心设计，能够清晰地展示所讲解的概念。我尝试着跟着代码进行实践，虽然不是每个例子都能完美运行，但每一次尝试都让我对嵌入式软件的开发有了更深的体会。我开始相信，通过学习这本书，我真的有可能踏上这条充满挑战和机遇的道路。

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拿到《An Embedded Software Primer》这本书的时候，我带着一种“旁观者”的心态，想着能从中了解一些皮毛。但随着阅读的深入，我发现自己完全被吸引住了，仿佛置身于一个充满挑战和创造力的世界。作者在介绍嵌入式系统的硬件接口时，没有简单地罗列各种接口的名称和功能，而是深入地分析了不同接口的通信协议、工作原理以及它们在实际应用中的优劣势。我尤其对“SPI”和“I2C”这两个串行通信接口印象深刻，作者通过详细的时序图和实例代码，让我清晰地理解了它们是如何进行数据传输的，以及在什么场景下选择哪种接口更为合适。这种深入浅出的讲解方式，让我不再感到晦涩难懂，而是觉得豁然开朗。我甚至开始尝试着去连接一些简单的传感器，并尝试用代码去读取传感器的数据。这种“学以致用”的体验，让我对嵌入式开发的兴趣倍增。这本书，不仅仅是理论的传递，更是实践的引领，它让我看到了将理论知识转化为实际应用的无限可能，也让我对未来自己的学习和探索充满了信心。

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当我翻开《An Embedded Software Primer》这本书时，我带着一种“了解皮毛”的心态，期望能从中获得一些基础知识。但随着阅读的深入，我发现自己完全被吸引住了，仿佛进入了一个由代码和硬件交织而成的奇妙世界。作者在书中详细阐述了嵌入式系统中的“信号量”和“互斥锁”等同步机制，并用很多生动形象的比喻来解释它们的作用。我尤其对“互斥锁”的讲解印象深刻，作者将其比作一个“房间钥匙”，每次只有一个线程能够拿到钥匙进入房间，确保了资源的独占访问。这让我彻底理解了，在多任务环境下，如何避免数据竞争和死锁等问题。我开始能够分析出，为什么某些并发程序会产生不可预测的结果，以及如何通过合适的同步机制来保证程序的稳定性和可靠性。这本书，不仅仅是理论的传授，更是思维的启迪，它让我看到了构建健壮、可靠的嵌入式系统的关键所在，也为我未来的学习和实践提供了重要的指导。

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这本书的体量，让我最初有些望而却步，但当我真正沉浸其中，时间仿佛都静止了。它并不是那种一口气读完的爽文，而是一本需要细细品味，反复琢磨的“内功心法”。作者在讲解嵌入式系统的开发环境时，并没有直接抛出各种工具链的命令，而是深入浅出地分析了不同工具的优缺点，以及它们是如何协同工作的。我印象最深刻的是关于“交叉编译”的章节，一开始我对此感到非常困惑，为什么需要在开发机上为目标硬件编译代码？作者用了一个非常形象的比喻，就像是在一个语言不通的环境中，需要一个翻译官来帮助你将你的想法传递给对方。这个比喻立刻打通了我的思维障碍。随后，他详细介绍了各种常见的交叉编译工具，并提供了详细的配置和使用示例，让我不仅知其然，更知其所以然。我甚至尝试着在虚拟机中搭建了一个简易的交叉编译环境，虽然过程有些曲折，但当我成功地将一个简单的C程序编译成能在目标平台上运行的可执行文件时，那种成就感是无与伦比的。这本书，让我看到了一个庞大而精密的系统是如何一步步构建起来的，它不仅仅是代码的堆砌，更是硬件与软件之间无数次精妙协作的成果。我开始意识到，嵌入式软件工程师不仅仅是程序员，他们更是架构师、是系统集成师，他们需要具备跨领域的知识和能力，才能驾驭好这些“隐藏在幕后”的强大力量。

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《An Embedded Software Primer》这本书，给我带来的不仅仅是知识的增长，更是一种思维方式的重塑。我一直对那些能够驱动我们日常生活中的各种智能设备背后的“秘密”充满好奇。作者在书中深入剖析了嵌入式系统中“调试”的重要性，并介绍了各种常用的调试技术和工具。我尤其对“断点调试”的讲解印象深刻，作者详细地演示了如何设置断点，如何单步执行代码，如何观察变量的值，以及如何分析程序的执行流程。这让我第一次真正体会到了“抽丝剥茧”般地查找和解决问题的乐趣。我开始能够主动地去思考，当程序出现问题时，应该如何去定位根源，如何去验证解决方案。这本书，就像是一位经验丰富的“侦探”，教会了我如何去洞察代码中的“蛛丝马迹”，如何去揭开问题的真相。我不再仅仅满足于“写出能运行的代码”，我开始追求“写出高质量、易于维护的代码”。

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