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出版者:人民邮电出版社

作者:Peter Wilson

出品人:

页数:230

译者:杜生海

出版时间:2009-7

价格:39.00元

装帧:

isbn号码:9787115208101

丛书系列:图灵电子与电气工程丛书

图书标签:

• FPGA
• 电气
• fpga
• 设计
• 计算机科学
• 没读完
• 实战
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深入理解嵌入式系统底层架构：从硬件到软件的无缝集成 本书旨在为读者提供一套全面、深入的嵌入式系统开发实践指南，聚焦于现代处理器架构、实时操作系统原理及其在复杂应用场景中的部署策略。 并非围绕FPGA特定设计流程展开，本书的重点在于建立扎实的软件工程基础，以及如何高效地利用现有微处理器平台解决实际的工程难题。 第一部分：现代嵌入式处理器核心剖析 本部分将带领读者跳出具体的硬件实现细节，转而关注主流嵌入式CPU（如Cortex-A系列、RISC-V架构）的内部工作机制。我们将详细探讨流水线技术、缓存一致性协议（Coherency Protocols）以及内存管理单元（MMU）的工作原理。 1.1 处理器架构深度解析 指令级并行性与分支预测： 剖析现代乱序执行（Out-of-Order Execution）处理器的设计哲学，理解指令预取、发射与重排序过程如何最大化计算吞吐量。通过分析不同指令集的效率差异，指导读者编写更具性能潜力的汇编级代码片段。 内存层次结构与延迟隐藏： 深入分析L1、L2、L3缓存的组织结构、替换策略（如LRU的变体）及其对系统性能的影响。我们将着重讨论如何通过数据布局优化（如结构体对齐、缓存行填充）来避免缓存未命中导致的性能瓶颈。 系统级时钟域与功耗管理： 探讨动态电压与频率调整（DVFS）、时钟门控（Clock Gating）等低功耗设计技术。内容涵盖如何利用硬件特性，在不牺牲关键性能指标的前提下，实现能效比的最优化。 1.2 中断处理与异常管理 中断控制器（GIC/PLIC）详解： 详细介绍通用中断控制器（GICv4或PLIC）的寄存器配置、优先级仲裁机制以及软件触发中断（SGI）的使用方法。分析中断延迟的来源及其量化方法。 上下文切换的开销分析： 在多任务环境中，精准测量和优化上下文切换的成本至关重要。本书将提供一套基于硬件性能计数器（PMC）的测量方法，用于评估不同调度策略下的切换效率。 总线架构与数据传输： 分析片上总线结构，如AMBA AXI/ACE协议。重点讨论DMA控制器的工作流程、突发传输（Burst Transfer）的优化，以及如何通过总线仲裁策略保证关键数据流的带宽需求。 第二部分：实时操作系统（RTOS）的内核机制与应用开发 本部分聚焦于操作系统层面的抽象与管理，特别是针对需要确定性响应的嵌入式实时环境。我们不会涉及硬件描述语言（HDL）的编程，而是专注于软件层的调度、同步与通信。 2.1 调度算法与时间确定性 复杂调度策略对比： 深入比较固定优先级抢占式调度、轮转调度以及更先进的截止时间驱动（EDF）调度算法。通过数学模型和实际案例，展示不同算法在保障任务截止期方面的优劣。 内核对象与同步原语的开销分析： 不仅介绍互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）和事件标志（Event Flags）的使用，更重要的是分析它们在内核内部的实现机制（如优先级继承、优先级天花板协议），并测量其在不同负载下的实际加锁和解锁时间。 中断服务例程（ISR）与任务的协同： 探讨如何设计高效且短小的ISR，并利用消息队列或工作队列（Work Queue）将耗时的处理逻辑安全地转移到用户态任务中执行，避免ISR过长导致的系统抖动。 2.2 内存管理与进程间通信（IPC） 虚拟内存与物理内存的映射： 在具备MMU的系统中，阐述页表结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理及其对性能的影响。讨论内核如何管理内存池和 Slab 分配器。 高效的IPC机制设计： 对比消息队列、共享内存和管道（Pipe）等通信方式的性能特征。重点演示如何在保证数据完整性的前提下，利用零拷贝（Zero-Copy）技术最小化数据在不同任务间传输的开销。 驱动模型与热插拔支持： 介绍标准的内核驱动框架（如Linux驱动模型），包括设备注册、电源管理回调函数的实现，以及如何处理动态插入和移除设备的流程，确保系统健壮性。 第三部分：系统级性能分析与调试技术 本部分强调“可观测性”（Observability）在嵌入式系统中的核心地位。我们将教授如何使用专业的工具和技术来定位软件和系统级的性能瓶颈，而非局限于简单的断点调试。 3.1 硬件辅助调试与追踪 JTAG/SWD接口的深度应用： 讲解如何配置和利用ARM CoreSight或类似调试接口，实现代码覆盖率分析、硬件断点设置，以及非侵入式（Non-Intrusive）的系统追踪。 性能计数器（PMC）的实战应用： 详细介绍如何读取处理器内部的硬件计数器（如缓存命中率、分支预测错误次数、指令周期数），并将这些原始数据转化为有意义的性能指标。 系统级追踪技术（ETM/ITM）： 探讨嵌入式追踪宏单元（ETM）如何记录程序执行的完整路径，以及指令/数据追踪宏单元（ITM）在打印调试信息时的效率优势。 3.2 系统级稳定性与错误注入 看门狗（WDT）与电源监控： 深入分析窗口看门狗与传统看门狗的区别，以及如何设计分层级的复位策略。讨论电源监控电路在应对欠压、过压时的响应机制。 随机错误注入测试（Fault Injection）： 设计和实施针对软件逻辑的随机错误注入测试框架，用于评估系统在面对内存位翻转（Bit-Flips）或瞬时中断丢失时的容错能力。 固件升级与回滚机制（OTA）： 详细阐述安全、原子性（Atomic）的固件更新流程设计，包括A/B分区方案、签名验证、以及在更新失败时安全回滚到先前稳定版本的实现细节。 本书适合对象： 对嵌入式软件开发有一定基础，渴望深入理解操作系统内核、处理器架构底层机制，并致力于构建高可靠性、高性能实时系统的工程师和高级爱好者。本书的实践案例全部基于标准的微处理器开发环境和成熟的开源实时操作系统框架。

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里面错误重重，很多不可以实现，参考价值有限

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书很薄，但是内容很好

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书很薄，但是内容很好

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