具体描述
《单片机设计与开发》从全国电子专业人才（单片机设计与开发）高级考试需要出发，内容包括：考试蜕明、考试人纲、考试硬件平台系统资源介绍、考试试题、理沦考试和考试基础知识六部分。《单片机设计与开发》既是一本完善的考试指定用书。又是各学校单片机教学的首要参考范本，单片机设计与开发考试足对各学校教育、教学是否适应社会实际的科学评价体系。
《嵌入式系统原理与实践》 内容简介： 本书深入剖析了嵌入式系统的核心原理、设计方法以及在实际项目中的应用。从基础的硬件架构到复杂的软件开发，再到系统集成与优化，力求为读者构建一个全面而深入的嵌入式系统知识体系。本书不仅侧重理论知识的讲解，更强调实践操作，通过丰富的案例分析和代码示例，引导读者掌握嵌入式系统的开发流程和关键技术。 第一部分：嵌入式系统基础 第一章 嵌入式系统概述 1.1 什么是嵌入式系统？ 定义、特点（专用性、实时性、可靠性、功耗低、集成度高等） 与通用计算机系统的区别与联系 嵌入式系统的应用领域（消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备、通信设备、物联网等） 1.2 嵌入式系统的硬件组成 微处理器/微控制器 (MCU/MPU)： CPU核心（ARM, RISC-V, MIPS等架构概述） 存储器接口（RAM, ROM, Flash） 外设接口（GPIO, UART, SPI, I2C, ADC, DAC, Timer, PWM等） 中断控制器 DMA控制器 存储器： RAM (SRAM, DRAM)：作用、特点、分类 ROM/Flash Memory (NOR, NAND)：作用、特点、分类、擦写机制 EEPROM：作用、特点 I/O设备： 输入设备（按键、传感器、触摸屏等） 输出设备（LED, LCD, 显示屏, 蜂鸣器, 驱动电路等） 通信接口（以太网, Wi-Fi, 蓝牙, USB, CAN, RS-232/485等） 电源管理单元： 稳压器、充电管理、低功耗模式 1.3 嵌入式系统的软件组成 裸机程序 (Bare-metal)： 直接与硬件交互，无需操作系统 优点：效率高、资源占用少 缺点：开发复杂，不易管理 嵌入式实时操作系统 (RTOS)： 任务调度（抢占式, 非抢占式, 时间片轮转等） 任务管理（创建、删除、挂起、恢复） 进程间通信 (IPC)（信号量, 互斥锁, 消息队列, 事件标志组等） 内存管理 中断处理 常用RTOS介绍 (FreeRTOS, RT-Thread, uCOS, Zephyr等) 嵌入式中间件： 文件系统 (FATFS, JFFS2等) 网络协议栈 (TCP/IP, LwIP, MQTT等) 图形用户界面 (GUI) 库 (LVGL, Qt for Embedded等) 设备驱动程序 应用程序： 用户直接交互或实现具体功能的代码 1.4 嵌入式开发流程 需求分析 系统设计（硬件选型、软件架构） 硬件开发（原理图设计、PCB设计） 软件开发（代码编写、编译、链接、调试） 系统集成与测试 部署与维护 第二章 嵌入式微处理器与微控制器 2.1 微处理器 (MPU) 与微控制器 (MCU) 的对比 架构、集成度、应用场景 2.2 ARM 架构基础 ARM指令集（RISC指令集特点） ARM处理器模式（用户模式, 管理模式, 中断模式等） ARM寄存器组 ARM流水线与多核架构 2.3 常用嵌入式处理器系列简介 STM32系列（Cortex-M内核, 常用外设） ESP32系列（Wi-Fi, 蓝牙集成, 双核） NXP i.MX系列（高性能应用处理器） RISC-V架构概述与发展 2.4 嵌入式微控制器的存储器映射 内存地址空间划分 外设寄存器访问 2.5 中断系统详解 中断产生原理 中断向量表 中断服务程序 (ISR) 中断优先级与嵌套 外部中断、定时器中断、通信中断等 第三章 嵌入式开发环境搭建 3.1 开发工具链 交叉编译工具链 (GCC, Clang) 集成开发环境 (IDE)（Keil MDK, IAR Embedded Workbench, VS Code + PlatformIO, Eclipse CDT） 调试器 (JTAG, SWD) 3.2 硬件开发板选择与配置 评估板、开发板、核心板 引脚功能配置 3.3 软件环境设置 SDK (Software Development Kit) 驱动程序安装 RTOS配置 3.4 初学者入门示例 “Hello World” on Embedded LED闪烁程序 按键控制LED 第二部分：嵌入式软件开发技术 第四章 C/C++语言在嵌入式开发中的应用 4.1 C语言基础回顾与嵌入式特性 指针、内存管理 位操作 结构体与联合体 `volatile` 关键字 `const` 关键字 4.2 C++语言在嵌入式开发中的优势 面向对象编程 (OOP) 模板 异常处理 STL (Standard Template Library) 4.3 内存管理策略 栈、堆、全局/静态存储区 内存泄漏与内存碎片 嵌入式内存分配器 (malloc, free的替代) 4.4 代码优化技巧 降低代码体积 提高执行效率 编译器优化选项 第五章 嵌入式操作系统 (RTOS) 核心机制 5.1 任务与线程 任务的创建、删除、挂起、恢复 任务状态（就绪、运行、阻塞、挂起） 任务优先级管理 5.2 任务调度算法 抢占式调度 非抢占式调度 时间片轮转调度 轮询调度 5.3 同步与互斥机制 信号量 (Semaphore) 二值信号量 计数信号量 使用场景（资源计数、事件通知） 互斥锁 (Mutex) 所有权、优先级继承 使用场景（临界区保护） 临界区 (Critical Section) 5.4 进程间通信 (IPC) 消息队列 (Message Queue) 发送、接收消息 消息队列的阻塞与非阻塞操作 使用场景（任务间数据传递） 事件标志组 (Event Flags) 设置、等待事件 使用场景（多事件同步） 管道 (Pipe) 共享内存 5.5 内存管理在RTOS中的应用 固定内存块分配 动态内存分配 5.6 中断与RTOS的交互 中断服务程序 (ISR) 中的RTOS API调用限制 从ISR唤醒任务 延时与阻塞 第六章 嵌入式通信接口与协议 6.1 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) 工作原理（串行通信、波特率、校验位、停止位） 硬件连接 软件实现（发送、接收、中断驱动） 应用场景（调试、与PC通信、外设通信） 6.2 SPI (Serial Peripheral Interface) 工作原理（同步通信、主从模式、SCK, MOSI, MISO, SS信号） 硬件连接 软件实现（数据传输） 应用场景（传感器、EEPROM、SD卡） 6.3 I2C (Inter-Integrated Circuit) 工作原理（同步通信、多主多从、SCL, SDA信号） 硬件连接 软件实现（读写设备） 应用场景（传感器、扩展I/O芯片） 6.4 CAN (Controller Area Network) 工作原理（总线型、报文结构、优先级） 硬件连接 软件实现（报文发送、接收） 应用场景（汽车电子、工业自动化） 6.5 USB (Universal Serial Bus) USB协议概述（主机、设备、端点） 嵌入式设备作为USB设备（HID, MSC, CDC） 嵌入式设备作为USB主机 6.6 以太网与TCP/IP协议栈 以太网硬件接口 TCP/IP协议族（IP, TCP, UDP） LwIP (Lightweight IP) 介绍 网络应用开发（Socket编程） 6.7 无线通信技术 (Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee) 原理概述 嵌入式Wi-Fi模块/芯片（ESP32） 嵌入式蓝牙模块/芯片 Zigbee协议栈 物联网通信协议 (MQTT, CoAP) 第七章 嵌入式设备驱动程序开发 7.1 驱动程序的重要性 连接硬件与软件的桥梁 提高代码复用性与可移植性 7.2 驱动程序的设计原则 模块化 抽象化 接口定义清晰 7.3 通用驱动程序模型 设备抽象层 硬件访问层 7.4 传感器驱动开发 读取传感器数据 校准与滤波 7.5 显示驱动开发 (LCD, OLED) 初始化 像素点绘制 字符串与图形显示 7.6 存储设备驱动 (SD卡, NAND Flash) 文件系统集成 7.7 驱动程序调试技巧 第三部分：嵌入式系统设计与实践 第八章 嵌入式图形用户界面 (GUI) 8.1 GUI在嵌入式系统中的作用 提升用户体验 实现复杂交互 8.2 GUI框架介绍 LVGL (Light and Versatile Graphics Library) Qt for Embedded TouchGFX 8.3 GUI的基本元素 控件 (按钮, 标签, 滑块, 列表框等) 布局管理器 事件处理 8.4 GUI设计流程 界面布局 控件添加与配置 事件绑定 状态管理 8.5 GUI性能优化 帧率提升 内存占用控制 第九章 嵌入式系统集成与调试 9.1 系统集成流程 模块化集成 接口联调 9.2 嵌入式系统调试技术 硬件调试： 示波器、逻辑分析仪 万用表 JTAG/SWD调试器 软件调试： 断点调试 单步执行 变量查看与修改 内存查看 日志输出 (Printf调试) 性能分析工具 9.3 常见嵌入式系统问题排查 硬件接触不良 电源问题 时序问题 内存溢出 死锁 中断冲突 9.4 嵌入式系统测试方法 单元测试 集成测试 系统测试 压力测试 第十章 嵌入式系统优化与功耗管理 10.1 性能优化 代码优化 (算法、数据结构) 硬件加速 缓存利用 10.2 功耗优化 低功耗模式（睡眠模式、待机模式） 时钟门控 外设电源控制 低功耗硬件设计 10.3 实时性保证 中断响应时间优化 任务优先级设计 避免阻塞操作 10.4 系统稳定性与可靠性 异常处理与容错设计 Watchdog Timer (看门狗) 错误注入测试 第十一章 嵌入式系统项目案例分析 11.1 智能家居控制系统 硬件选型 (MCU, Wi-Fi模块) 软件架构 (RTOS, MQTT) 通信协议设计 用户界面设计 11.2 工业自动化数据采集模块 传感器接口 (ADC, I2C) 通信接口 (RS485, Ethernet) 实时数据处理 数据存储 11.3 医疗监测设备 高可靠性设计 低功耗要求 数据安全与隐私 用户友好性 附录 常用嵌入式开发工具参考 常见嵌入式术语表 深入学习资源推荐 本书内容全面，从理论到实践，旨在帮助读者掌握嵌入式系统的设计与开发技能，能够独立完成嵌入式项目的开发任务。
