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出版者:Artech House Publishers

作者:Peter B.Kenington

出品人:

页数:340

译者:

出版时间:2005

价格:$119

装帧:Hardcover

isbn号码:9781580537933

丛书系列:

图书标签:

• 软件无线电
• 射频
• 基带
• SDR
• 通信系统
• 信号处理
• 无线通信
• 数字调制
• 滤波器设计
• 无线电技术

好的，这是一份关于其他主题的图书简介，内容详实，旨在避免与您提供的书名主题产生任何重叠。 --- 书名：现代嵌入式系统：从概念到实践的全面指南 第一部分：嵌入式系统的基础架构与核心概念 本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角，解析现代嵌入式系统的设计、开发与部署。我们聚焦于构建高效、可靠且面向未来的嵌入式解决方案所必需的理论基础与工程实践。内容涵盖了从最底层的硬件交互到上层应用软件架构的完整流程。 章节概述： 第一章：嵌入式系统概述与演进 本章首先界定了嵌入式系统的核心定义，探讨其在工业控制、消费电子、医疗设备及汽车电子等关键领域中的广泛应用。我们将追溯嵌入式技术的发展历程，重点分析从早期的微控制器到现代片上系统（SoC）的架构演变。深入讨论实时性要求（Hard Real-Time vs. Soft Real-Time）对系统设计的影响，并引入资源受限环境下的设计哲学，强调功耗优化和尺寸约束的重要性。 第二章：微处理器与微控制器架构深度解析 本章详细剖析了嵌入式领域最常用的处理器架构，包括ARM Cortex-M系列（着重讲解其中断处理机制、流水线设计和内存保护单元MPU）。同时，对更高级别的应用处理器（如Cortex-A系列）的内存管理单元（MMU）和缓存一致性协议进行细致阐述。读者将学习如何根据具体应用场景（如低功耗传感器网络与高性能计算平台）选择合适的处理器核心。内容还包括对特定指令集架构（ISA）特性的分析。 第三章：内存技术与存储管理 嵌入式系统的性能与可靠性高度依赖于高效的存储策略。本章深入研究各种内存技术，包括SRAM、DRAM（特别是低功耗DDR变体）和非易失性存储器（Flash、EEPROM）。重点分析了嵌入式系统中常见的内存映射、地址重定位技术，以及如何设计健壮的固件更新机制（如A/B分区和回滚机制）。对于操作系统支持的系统，我们将详细探讨虚拟内存的实现原理及其在嵌入式上下文中的应用。 第四章：中断、定时器与并行性 实时性是嵌入式系统的生命线。本章详述了中断控制器（如NVIC）的工作原理，包括中断优先级管理、嵌套中断处理和延迟分析。定时器模块的配置与应用被深入探讨，涵盖脉冲宽度调制（PWM）、输入捕获（Input Capture）以及周期性任务调度中的作用。此外，本章引入了并发编程的基础，讨论了如何使用原子操作、互斥锁和信号量来管理共享资源，预防竞态条件。 第二部分：软件开发与操作系统 软件是嵌入式系统的灵魂。本部分将从汇编语言基础到复杂操作系统的移植与优化，全面覆盖嵌入式软件栈的构建过程。 第五章：底层驱动开发与硬件抽象层（HAL） 本章聚焦于裸机编程的艺术。讲解如何直接通过寄存器操作来初始化和控制片上外设，例如通用异步收发传输器（UART）、SPI、I2C等总线协议的实现。强调编写可移植的硬件抽象层（HAL）的重要性，这使得核心算法能够在不同硬件平台间复用。本章包含大量使用C语言的实例代码，并讨论位操作和位字段的最佳实践。 第六章：嵌入式实时操作系统（RTOS）原理与应用 本章是构建复杂、多任务嵌入式系统的关键。我们深入剖析了主流RTOS（如FreeRTOS、Zephyr）的任务调度算法（如固定优先级抢占式调度、轮转调度）。详细分析了RTOS内核的结构，包括任务控制块（TCB）、上下文切换的机制以及内核间通信原语（消息队列、事件标志、邮箱）。重点讨论了死锁预防、优先级反转问题及其解决方案。 第七章：设备驱动模型与内核交互 对于运行Linux或其他复杂操作系统的嵌入式平台，理解内核驱动模型至关重要。本章讲解字符设备驱动、块设备驱动和网络驱动的基本框架。重点解析Linux内核的同步机制、内存管理子系统如何与底层硬件交互，以及用户空间应用如何通过标准系统调用接口（如`/dev`节点）与驱动程序进行通信。 第八章：系统调试、测试与性能分析 高质量的嵌入式软件离不开严格的调试和测试流程。本章介绍使用JTAG/SWD调试工具进行断点设置、寄存器查看和内存探查的高级技巧。讨论了静态代码分析工具（如Clang-Tidy）和动态分析工具（如内存泄漏检测器）在嵌入式环境中的部署。性能分析方面，我们将探讨如何使用周期计数器和逻辑分析仪来精确测量延迟和功耗，实现系统性能调优。 第三部分：系统集成与高级主题 本部分拓展到系统级的集成、网络化以及面向未来的技术趋势。 第九章：嵌入式网络通信协议栈 随着物联网（IoT）的兴起，嵌入式设备联网能力成为核心需求。本章涵盖了TCP/IP协议栈在资源受限设备上的实现挑战与优化。详细介绍轻量级协议如MQTT、CoAP，以及面向可靠性的低功耗广域网（LPWAN）技术（如LoRaWAN、NB-IoT）的接入机制。讨论了网络安全（TLS/DTLS握手过程）在嵌入式固件中的资源消耗与实现策略。 第十章：固件安全与空中升级（OTA） 安全性是现代嵌入式产品不可或缺的一部分。本章深入探讨了嵌入式安全性的攻击面（如侧信道攻击、物理篡改）。重点讲解了安全启动（Secure Boot）流程、代码签名验证和固件加密技术。最后，详细阐述了可靠的OTA升级机制的设计，包括差分更新、安全通道建立和断电恢复机制，确保大规模设备的安全维护。 第十一章：嵌入式机器学习（TinyML）部署 本章探讨了如何在微控制器级别高效运行机器学习模型。内容涉及模型量化（Quantization）、模型剪枝（Pruning）等优化技术，以适应CPU和RAM极度受限的环境。介绍流行的TinyML框架（如TensorFlow Lite Micro）的工作流程，并提供在实际传感器数据流上部署预训练模型的案例研究。 第十二章：系统级能效管理与功耗优化 能源效率是移动和电池供电设备的关键。本章系统地讲解了功耗分析方法，从静态功耗到动态功耗的测量。详细介绍处理器和外设的低功耗模式（如休眠、深度睡眠），以及如何利用时钟门控、电压频率调节（DVFS）策略，结合RTOS的任务调度，实现最大化的电池续航时间。 --- 本书的特点在于其高度的工程实用性和深入的技术剖析，它不是一本停留在理论概念的教科书，而是为有志于从事高性能、高可靠性嵌入式系统开发的工程师和高级学生量身定制的实践蓝图。通过大量的架构图、代码片段和实际案例分析，读者将能够掌握从零开始构建下一代嵌入式产品的核心能力。

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