PIC in Practice, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:David W Smith

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:2006-2

价格:238.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780750668262

丛书系列:

图书标签:

• PIC
• Microcontroller
• Embedded Systems
• Programming
• Electronics
• DIY
• Second Edition
• Practical
• Arduino
• C Programming

精通现代嵌入式系统设计的基石：深入浅出，洞悉未来 ???? 书名：《嵌入式系统设计与应用：从理论到实践的全面指南》 目标读者： 本书专为电子工程、计算机科学、自动化等相关专业的学生、初级和中级嵌入式系统工程师、以及渴望系统性掌握现代嵌入式技术栈的硬件/软件开发者设计。无论您是刚接触微控制器概念的新手，还是寻求拓展技能边界的资深工程师，本书都将是您不可或缺的案头参考书。 --- 内容概述：构建坚实的技术栈 本书旨在提供一个全面、深入且高度实用的嵌入式系统知识体系，涵盖从底层硬件交互到复杂软件架构的每一个关键环节。我们摒弃了对单一、特定平台（如某特定系列的微控制器）的过度依赖，转而专注于普适性的设计原理、行业最佳实践和前沿技术趋势。全书分为五大部分，逻辑清晰地引导读者完成从基础理论到高级应用的全过程。 第一部分：嵌入式系统基础与硬件抽象 (Foundation & Abstraction) 本部分为读者奠定坚实的理论基础，并着重介绍如何有效地与底层硬件进行交互，同时保持软件的可移植性和可维护性。 1. 嵌入式系统的核心概念重构： 深入探讨嵌入式系统与通用计算系统的本质区别，包括实时性要求、资源约束（内存、功耗、计算能力）和可靠性标准。 详细分析各类微处理器（MPU, MCU, SoC）的架构差异，重点讲解冯·诺依曼与哈佛架构在嵌入式环境下的优劣势对比。 时钟与复位机制的深度解析： 讲解晶振选择、PLL 倍频的原理，以及确保系统稳定启动的关键复位序列设计。 2. 内存层次结构与数据管理： 详细剖析片上SRAM、Flash/EEPROM的特性、读写时序及寿命管理。 内存映射I/O (MMIO) 的工作原理及其在寄存器访问中的重要性。 内存保护单元 (MPU) 的配置与应用： 如何利用 MPU 实现任务间隔离和防止非法内存访问，提升系统安全性。 3. 中断驱动编程范式： 全面解析中断生命周期：从外部事件触发、优先级仲裁、上下文保存与恢复，到中断服务程序（ISR）的编写规范。 讨论中断延迟（Latency）的测量与优化，以及如何避免竞态条件和死锁。 第二部分：外设接口与通信协议的精通 (Peripherals & Communication Mastery) 本部分聚焦于嵌入式系统与外部世界进行数据交换和控制的各种标准接口，强调在噪声环境和高速率要求下的实现技巧。 1. 通用输入/输出 (GPIO) 的高级应用： 不仅仅是简单的电平翻转：探讨上拉/下拉电阻的精细控制、开漏（Open-Drain）模式的应用，以及如何配置引脚驱动能力以匹配负载。 2. 串行通信协议的实战解析： UART/USART： 波特率计算、流控机制（RTS/CTS）的硬件实现。 SPI (Serial Peripheral Interface)： 深入讲解主/从模式、时钟极性/相位（CPOL/CPHA）的四种组合及其对数据采样的影响，实现多设备级联。 I²C (Inter-Integrated Circuit)： 掌握地址仲裁、时钟伸展（Clock Stretching）机制，以及如何处理总线仲裁失败的情况。 3. 高速与远距离通信： CAN (Controller Area Network)： 详细解析CAN协议的数据帧结构、位填充、错误检测机制（CRC、ACK），重点阐述其在汽车电子和工业控制中的应用优势。 以太网基础： 介绍MAC层与PHY层的分离，基础的TCP/IP协议栈的裁剪与移植考量。 第三部分：实时操作系统 (RTOS) 的深度剖析与应用 (RTOS Deep Dive) RTOS是现代复杂嵌入式系统的灵魂。本部分将超越RTOS API的简单调用，深入探究其内核机制。 1. RTOS 核心机制的原理： 任务管理： 任务状态转换图的精确描绘，以及不同调度算法（固定优先级、轮转、优先级继承）对系统性能的影响。 同步与互斥： 信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）的底层实现原理，重点剖析优先级反转问题（Priority Inversion）及其解决方案（如优先级继承协议）。 消息传递机制： 队列（Queue）的无阻塞与阻塞操作，以及邮箱（Mailbox）的使用场景。 2. 内存管理在RTOS中的挑战： 探讨RTOS中的动态内存分配（如`malloc/free`的线程安全实现）带来的碎片化问题。 内存池（Memory Pool）的设计与优势： 如何预先分配固定大小的内存块以避免运行时动态分配的延迟和风险。 3. 时间管理与低功耗设计： 系统节拍（Tick）的精度控制与抖动分析。 Tickless Idle Mode (无嘀嗒空闲模式)： 讲解如何通过精确计算下一次唤醒时间来最大化系统进入深度睡眠状态的时长，实现能源效率最大化。 第四部分：固件的构建、调试与质量保障 (Firmware Engineering & Quality Assurance) 本部分关注软件工程的最佳实践在嵌入式领域中的落地，确保固件的健壮性和可维护性。 1. 高效的构建系统与工具链： 深入理解交叉编译环境的配置（Toolchain）。 Linker Script (链接脚本) 的定制： 掌握如何精确控制代码段、数据段在目标硬件内存中的布局，实现对启动代码（Startup Code）的精细管理。 版本控制与持续集成 (CI/CD) 在嵌入式项目中的集成。 2. 调试与故障排除的艺术： 硬件调试工具的高级用法： JTAG/SWD接口的原理，断点（Breakpoint）、观察点（Watchpoint）的配置与区别。 内存调试技术： 使用内存扫描工具检测堆栈溢出、缓冲区越界等隐蔽错误。 系统级可观测性： 集成日志系统（Logging）和性能分析工具（Profiling）以进行非侵入式调试。 3. 嵌入式软件的安全基石： 安全启动（Secure Boot）概念介绍： 验证固件完整性。 防御性编程实践： 输入校验、范围检查和异常处理的最佳范式。 第五部分：新兴趋势与高级主题 (Advanced Topics & Future Trends) 本部分引导读者展望嵌入式技术的前沿领域，为未来的职业发展做好准备。 1. 嵌入式机器学习 (TinyML) 概述： 模型量化与剪枝： 如何将大型模型压缩到资源受限的微控制器上运行。 推理引擎的移植与优化。 2. 连接性与物联网 (IoT) 架构： 消息队列遥测传输 (MQTT) 协议的深度应用及其在资源受限设备上的优化实现。 安全通信： TLS/DTLS 握手过程对嵌入式资源的消耗分析及轻量级安全方案的探讨。 3. 功能安全与合规性入门： 介绍 IEC 61508 (工业) 或 ISO 26262 (汽车) 的基本概念，理解安全完整性等级 (SIL) 对软件设计的影响。 --- 本书的独特价值主张 本书最大的优势在于其“跨平台”和“原理先行”的设计哲学。我们不将读者的学习局限于某一家供应商的特定寄存器集，而是深入剖析驱动这些寄存器的底层机制。通过本书的学习，读者将能够： 1. 快速适应任何新的微控制器平台： 掌握了中断控制器、DMA 控制器、定时器等通用模块的工作原理，面对新的MCU Datasheet时，能迅速定位和理解其配置方式。 2. 编写出更具鲁棒性的代码： 通过对RTOS内核和硬件抽象层的深入理解，能设计出具备更高实时性能和更低故障率的软件系统。 3. 掌握现代嵌入式工程师的必备技能： 链接脚本、内存布局优化、低功耗模式实现等，这些都是区分普通开发者与资深工程师的关键技术点。 《嵌入式系统设计与应用：从理论到实践的全面指南》 是一本面向未来的工具书，它将陪伴您系统地构建起一个强大、灵活且面向工业标准的嵌入式系统开发能力。

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