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出版者:人民邮电

作者:宋坤

出品人:

页数:473

译者:

出版时间:2008-2

价格:52.00元

装帧:

isbn号码:9787115172952

丛书系列:

图书标签:

• Visual C++
• C++
• 程序设计
• 编程入门
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• 入门教程
• 软件开发

图书简介：现代嵌入式系统设计与实践 图书名称： 现代嵌入式系统设计与实践 作者： [此处可填入虚构作者名，例如：张华、李明] 出版社： [此处可填入虚构出版社名，例如：科技创新出版社] ISBN： [此处可填入虚构ISBN号，例如：978-7-12345-678-9] --- 导言：嵌入式世界的浪潮与挑战 在数字化浪潮席卷全球的今天，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、可穿戴设备到工业自动化、智能家居乃至航空航天领域，无处不在。它们是连接物理世界与数字世界的桥梁，是实现物联网（IoT）和人工智能（AIoT）落地的核心基石。然而，嵌入式系统设计的复杂性也日益凸显：资源受限、实时性要求高、功耗敏感、安全性挑战严峻，以及软硬件协同设计的深度融合需求。 《现代嵌入式系统设计与实践》旨在为有志于深入理解和掌握新一代嵌入式系统开发技术的工程师、学生和技术爱好者提供一本全面、深入且高度实用的参考指南。本书立足于当前主流的技术栈和产业趋势，系统性地梳理了从底层硬件架构到上层应用软件开发的完整流程与核心技术。我们不再仅仅关注单一的微控制器编程，而是将视角拓宽至多核异构计算、实时操作系统、安全机制构建和云端集成等前沿领域。 第一部分：嵌入式系统基础与硬件选型 本部分聚焦于嵌入式系统的基石——硬件架构和基础理论。我们摒弃了过于陈旧的经典理论，直接切入当前主流的处理器家族及其特性。 第一章：现代处理器架构剖析 深入探讨Cortex-M/R/A系列处理器的内部结构，重点分析流水线、缓存层次（Cache Hierarchy）和内存保护单元（MPU）的设计哲学。对比RISC-V架构的开源优势与生态发展，理解其在特定领域（如低功耗和定制化）的应用潜力。分析片上系统（SoC）的组成模块，包括高性能计算核心、专用加速器（如DSP、NPU）和各类总线结构（AXI, AHB, APB）。 第二章：存储器系统与数据管理 详细解析嵌入式系统中的存储体系，包括易失性存储（SRAM, DRAM）和非易失性存储（Flash, EEPROM）的工作原理、读写时序及可靠性考量。讲解内存映射I/O、虚拟内存（在应用处理器中）的基本概念，并重点介绍如何优化数据在有限的片上存储空间中的布局和访问效率，以应对实时性要求。 第三章：关键外设接口与底层驱动 本章是实践的起点。详细阐述通用异步收发器（UART）、串行外设接口（SPI）、I²C总线在实际应用中的配置与调试技巧。深入讲解模数转换器（ADC）和脉冲宽度调制（PWM）在信号采集与控制中的应用，包括采样定理的应用、抗混叠滤波器的设计考量。着重讲解如何编写健壮、可移植的HAL（硬件抽象层）驱动代码。 第二部分：实时操作系统与并发控制 现代嵌入式应用往往需要同时处理多个任务，保证任务调度的确定性和响应的及时性。本部分是本书的核心价值所在。 第四章：实时操作系统（RTOS）原理与选型 对比FreeRTOS, RT-Thread, Zephyr等主流轻量级RTOS的内核机制。深入剖析任务管理（Task Control Block, TCB）、上下文切换的机制。详细讲解抢占式调度、时间片轮转调度和优先级继承等关键调度算法的实现细节及其对系统实时性的影响。 第五章：并发、同步与互斥机制 系统地讲解多任务编程中常见的资源竞争问题。透彻解析信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）的使用场景与陷阱（如死锁、优先级反转）。讨论事件标志组（Event Flags）和消息队列（Message Queue）在任务间通信中的作用，并提供大量代码示例来避免竞态条件。 第六章：高级RTOS特性与时间管理 探讨中断服务程序（ISR）的设计规范与安全退出机制。深入分析定时器管理（软件定时器与硬件定时器同步）和时间戳的精度问题。讲解如何利用RTOS提供的工具链进行系统性能分析，如跟踪任务运行时间和栈空间使用情况。 第三部分：网络通信与物联网集成 随着万物互联的推进，嵌入式设备不再是孤立的计算单元，网络通信能力成为标配。 第七章：嵌入式网络协议栈 详细介绍TCP/IP协议簇在资源受限设备上的实现考量。重点讲解轻量级协议栈（如lwIP）的配置与优化。深入探讨MQTT、CoAP等针对IoT场景的轻量级消息传输协议的工作流程、QoS等级和安全握手过程。 第八章：无线连接技术与数据传输 分析Wi-Fi、蓝牙（BLE）在嵌入式系统中的集成方案。重点剖析低功耗蓝牙（BLE）的连接状态机、服务（Service）与特征值（Characteristic）的定义，并提供通过GATT协议进行数据读写和通知的实践指南。讲解嵌入式设备接入云平台的常见架构（如基于TLS/SSL的安全连接）。 第四部分：系统健壮性与质量保证 一个可靠的嵌入式系统必须具备高可靠性、安全性和可维护性。 第九章：嵌入式系统调试与故障排除 介绍JTAG/SWD接口的高级调试技术，包括断点设置、数据观察点和寄存器级调试。讲解如何有效利用逻辑分析仪和示波器来验证时序问题和信号完整性。重点介绍软件层面的看门狗（Watchdog Timer）配置、系统崩溃日志的捕获与分析方法。 第十章：嵌入式系统安全性基础 阐述现代嵌入式安全威胁模型，如侧信道攻击、代码篡改和数据泄露。介绍安全启动（Secure Boot）的基本流程，以及如何利用硬件信任根（RoT）保护固件的完整性。探讨数据加密存储和安全通信（如TLS/DTLS）在资源受限设备上的实现策略。 第十一章：高效能的软件工程实践 强调代码质量与可维护性。讲解嵌入式C/C++编程的规范（如MISRA C/C++的适用性），以及如何使用静态分析工具（如Lint）和动态内存分析工具来提前发现潜在缺陷。探讨持续集成/持续部署（CI/CD）在嵌入式项目中的落地实践，以提高迭代速度和产品质量。 总结与展望 《现代嵌入式系统设计与实践》全面覆盖了当前产业对嵌入式工程师所需掌握的关键技能集。本书强调理论与实践的紧密结合，通过大量实战案例和代码片段，引导读者不仅仅停留在“会用”API的层面，而是深入理解其“为什么”和“如何优化”。掌握本书内容，读者将能独立设计、开发和调试面向下一代物联网和工业控制领域的高性能、高可靠性的嵌入式解决方案。

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