Exploring C for Microcontrollers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Jivan Parab

出品人:

页数:172

译者:

出版时间:2007-06-01

价格:GBP 81.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781402060663

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 单片机
• 嵌入式系统
• 微控制器
• 编程
• 硬件
• 电子工程
• 实践
• 教程
• ARM

好的，这是一本关于微控制器编程的书籍简介，旨在提供一个全面且深入的学习体验，但内容完全避开了您提到的那本书的特定主题。 --- 《嵌入式系统设计与实践：基于RISC-V架构的深度探索》 书籍概述 本书《嵌入式系统设计与实践：基于RISC-V架构的深度探索》是一本面向中高级嵌入式系统工程师、计算机科学专业学生以及致力于深入理解现代硬件与软件交互的开发者的综合性技术专著。本书的核心目标是构建一个坚实的理论基础，同时提供大量实用的、基于前沿RISC-V指令集架构（ISA）的实践案例。 在当今物联网（IoT）、边缘计算和高性能嵌入式领域对定制化、安全和能效提出了更高要求的背景下，开源且可扩展的RISC-V架构已成为行业焦点。本书摒弃了对特定、商业化微控制器系列的依赖，转而聚焦于RISC-V的通用设计原理、工具链的构建与优化，以及如何在低资源环境中实现复杂功能的系统级思维。 全书结构严谨，从基础的ISA原理出发，逐步深入到复杂的内存管理、中断处理、实时操作系统（RTOS）移植与优化，最终涵盖了现代嵌入式系统安全的关键议题。我们强调的不仅是“如何编写代码”，更是“为什么这样设计是最高效和最健壮的”。 核心内容与技术深度 第一部分：RISC-V架构原理与汇编基础 本部分为理解后续所有实践打下坚实的基础。我们将详细剖析RISC-V的特权等级（Machine, Supervisor, User）、指令编码格式（RV32I/RV64I）以及扩展指令集（如M, A, F, D, C）。 指令集深度解析： 区别于仅停留在“加载/存储”的层面，本书深入讲解了计算指令的内部工作原理，包括算术逻辑单元（ALU）的操作时序与流水线影响。 汇编语言精通： 教授如何直接使用RISC-V汇编编写高效的启动代码（Bootloader）和中断服务程序（ISR）。重点讲解寄存器分配策略、函数调用约定（ABI）以及栈帧的管理，确保读者能够直接与硬件寄存器进行交互。 内存模型与寻址模式： 详细阐述RISC-V的加载/存储指令支持的各种非对齐和复杂寻址模式，并探讨其对性能和总线访问的影响。 第二部分：工具链、编译与调试 成功的嵌入式开发依赖于高效的工具链。本部分将指导读者构建并掌握从源码到固件的整个流程。 定制化编译器与链接器： 学习如何使用GNU Binutils（如`as`, `ld`）和GCC/Clang编译器来定制交叉编译环境。特别关注链接脚本的编写艺术，以精确控制代码和数据在目标内存空间中的布局，这是实现ROM/RAM优化和分区启动的关键。 硬件仿真与快速迭代： 深入研究QEMU在RISC-V开发中的应用，不仅用于功能验证，更用于性能基准测试（Benchmarking）和预先验证复杂的中断逻辑。 调试协议与JTAG/DAP： 详细解析OpenOCD与GDB的协同工作流程，并探讨RISC-V的调试模块（Debug Module）结构，指导读者使用硬件断点和观察点进行深层次的系统级调试。 第三部分：系统级编程与外设抽象 这一部分将从纯粹的ISA层面跃升到完整的系统构建，专注于如何高效地管理系统资源。 中断与异常处理机制： 详尽分析RISC-V的“控制与状态寄存器”（CSRs），特别是`mstatus`, `mtvec`, `mie`, `sip`等。构建一个无依赖的、裸机（Bare-metal）环境下的向量中断控制器（PLIC/CLINT）抽象层，实现中断的注册、优先级管理和上下文切换。 内存保护与管理单元（PMP/MMU）： 对于支持特权级的RISC-V核，本书深入讲解了物理内存保护（PMP）的配置与安全应用。对于具备MMU的核，则全面覆盖页表结构、TLB操作和虚拟内存的实现原理。 低延迟I/O驱动设计： 重点探讨内存映射I/O（MMIO）的访问模式，以及如何设计原子操作（Load-Reserved/Store-Conditional, LR/SC）来避免使用昂贵的总线锁定，以实现多核或中断安全的数据交换。 第四部分：实时性、并发与操作系统移植 现代嵌入式应用对确定性和并发处理有着苛刻的要求。本部分将聚焦于确保系统性能和可靠性的核心技术。 定时器与时钟同步： 讲解如何使用片上定时器（如CLINT中的`mtime`）建立高精度时间基准，并实现周期性时钟节拍，这是所有实时调度的前提。 RTOS移植与优化实践： 以一个知名的、非特定微控制器的RISC-V友好型RTOS内核为例，详细演示内核初始化、任务调度器（时间片轮转、优先级继承）的定制化修改。重点关注上下文切换代码如何直接利用RISC-V寄存器组，并确保中断延迟最小化。 并发控制与同步原语： 深入研究如何在多核或多线程RISC-V环境中实现无锁（Lock-Free）或低锁数据结构。实践应用RISC-V的原子操作指令集（AMO）来实现原子加减、交换和位操作，从而构建高效的自旋锁和信号量。 第五部分：嵌入式系统安全基础 安全已不再是可选项。本书为读者提供了在硬件层面增强系统安全性的方法论。 信任根（Root of Trust）的构建： 讨论如何利用RISC-V的机器模式（Machine Mode）作为不可篡改的信任起点，实现固件的完整性验证。 代码隔离与沙箱化： 结合PMP或MMU，演示如何配置内存区域，以隔离用户应用程序和内核代码，防止缓冲区溢出等常见攻击向量影响关键服务。 防篡改与调试限制： 探讨如何通过配置特定的CSRs和调试模块寄存器来限制或禁用外部调试接口（如JTAG），以保护知识产权和系统运行时数据的安全。 本书的独特价值 本书的价值在于其对开放性、可移植性和底层理解的坚持。它不局限于某一特定芯片的数据手册，而是教授读者掌握一套可以应用于任何符合RISC-V规范的处理器核心的通用工程技能。通过本书，开发者将能够从“使用API”的层面，提升到“设计并实现这些API”的架构师层面，为未来基于RISC-V的新兴计算平台做好充分准备。

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