ARM嵌入式系统技术开发与应用实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:贾东永

出品人:

页数:270

译者:

出版时间:2009-9

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787121094255

丛书系列:

图书标签:

• ARM
• 嵌入式系统
• 技术开发
• 应用实践
• 单片机
• Cortex-M
• 嵌入式Linux
• 硬件设计
• 软件开发
• 实践教程

《嵌入式系统设计与实践：从理论到应用》 图书简介 在当前这个由万物互联和智能设备驱动的时代，嵌入式系统已不再是特定领域的技术，而是渗透到我们日常生活方方面面的核心技术。从智能家居到工业自动化，从医疗设备到车载信息娱乐系统，高性能、低功耗、高可靠性的嵌入式系统是实现这些创新的基石。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，涵盖现代嵌入式系统从硬件底层到软件架构的完整生命周期，侧重于基于主流微控制器（MCU）和实时操作系统（RTOS）的实际工程开发与应用。 本书的编写哲学是强调理论与实践的紧密结合。我们深知，脱离实际硬件和代码的理论学习是空洞的，而缺乏坚实基础的盲目实践则可能事倍而功半。因此，全书内容组织严谨，循序渐进，力求为初学者搭建坚实的知识框架，同时也为有经验的工程师提供深入的技术探讨和前沿参考。 第一部分：嵌入式系统基础与微控制器架构 本部分为读者构建了理解嵌入式世界的必备知识体系。我们将从最基本的概念开始，深入剖析嵌入式系统的核心组件及其工作原理。 第一章：嵌入式系统的概念与发展 本章首先定义了嵌入式系统的核心特征——专用性、实时性和资源受限性。随后，我们将追溯嵌入式技术的发展历程，从早期的简单控制器到如今复杂的SoC（系统级芯片）设计，帮助读者理解当前技术格局的形成背景。此外，本章还会讨论当前嵌入式系统面临的主要挑战，例如功耗优化、安全性增强以及快速迭代的需求。 第二章：微控制器（MCU）的结构与原理 这是理解嵌入式开发的基石。我们将详细解析现代MCU的内部结构，包括中央处理器（CPU/Core）、存储器子系统（Flash, SRAM, EEPROM）、中断控制器（NVIC/VIC）、定时器、模数/数模转换器（ADC/DAC）以及各种通信接口。我们将重点比较基于CISC和RISC架构的MCU差异，特别是广泛应用于嵌入式领域的精简指令集处理器的工作机制。 第三章：存储器组织与数据表示 嵌入式系统对存储器的使用效率要求极高。本章深入探讨了不同类型存储器的特性（易失性与非易失性），以及它们在系统启动、代码执行和数据存储中的角色。我们将详细解析内存映射、栈（Stack）与堆（Heap）的管理机制，以及如何处理字节序（Endianness）问题，确保跨平台数据交换的正确性。 第四章：基础I/O操作与中断驱动编程 直接操作硬件寄存器是嵌入式开发的精髓之一。本章详细介绍了通用输入输出（GPIO）端口的配置、读写操作，以及如何利用中断来高效处理外部事件，避免无效的轮询。我们将通过具体的硬件实例，讲解如何配置外部中断和定时器中断，实现精确的事件捕获和周期性任务调度。 第二部分：核心外设接口与通信协议 现代嵌入式系统很少是孤立工作的，它们需要通过各种通信接口与其他设备或系统进行数据交换。本部分聚焦于主流的片上和片外通信技术。 第五章：串行通信基础：UART, SPI与I2C 本章系统地介绍了嵌入式系统中应用最广泛的三种串行通信协议。对于UART（通用异步收发传输器），我们将讲解波特率、奇偶校验的设置；对于SPI（串行外设接口），我们将深入探讨主从模式、时钟极性与相位（CPOL/CPHA）的配置，并以SD卡或显示屏驱动为例；对于I2C（集成电路间总线），我们将解析地址寻址、数据帧结构以及多主站仲裁机制，并通过传感器数据采集进行实战演练。 第六章：网络通信与嵌入式以太网/Wi-Fi集成 随着物联网（IoT）的兴起，网络通信能力已成为许多嵌入式设备的标配。本章将介绍如何利用专用的MAC/PHY芯片或集成在SoC中的外设，实现基础的以太网协议栈接入。同时，我们将探讨嵌入式设备集成Wi-Fi模组的常见方法，包括AT指令集控制和驱动层面的集成，为实现设备联网奠定基础。 第七章：模数转换（ADC）与脉冲宽度调制（PWM） 本章关注于模拟世界与数字世界的桥梁。我们将详细讲解ADC的采样率、分辨率、量化误差等关键参数，并探讨诸如过采样和数字滤波等提高精度的方法。在输出方面，我们将深入剖析PWM生成技术，演示如何利用PWM实现电机速度控制、LED亮度调节以及简单的D/A转换。 第三部分：实时操作系统（RTOS）与软件架构 对于需要处理多个并发任务、保证严格时间约束的应用，实时操作系统是不可或缺的软件平台。本部分将带领读者进入RTOS的世界。 第八章：实时操作系统的概念与任务管理 本章解释了什么是实时系统，以及RTOS与通用操作系统（如Linux）在内核设计上的核心区别——确定性和可预测性。我们将详细介绍RTOS中的“任务”概念，任务的生命周期（就绪、运行、阻塞、挂起），以及上下文切换的机制。 第九章：任务同步与通信机制 并发编程带来的最大挑战是共享资源的互斥访问和进程间的数据交换。本章将系统阐述信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）和事件组（Event Group）等RTOS提供的核心同步原语。我们将通过经典的生产者-消费者问题，对比不同机制的优劣和适用场景。 第十-十章：内存管理与系统调度 内存泄漏和碎片化是嵌入式系统中的长期隐患。本章将讨论RTOS中常见的静态内存池和动态内存分配策略，并强调资源管理的最佳实践。此外，我们将深入分析主要的调度算法，如优先级抢占式调度、轮转调度，以及如何根据应用需求配置任务优先级，确保关键任务的实时性得到满足。 第四部分：系统调试、移植与高级应用 本部分关注于将理论知识转化为可靠产品的工程实践，涉及工具链、固件升级和高级调试技巧。 第十一章：工具链与交叉编译环境 构建嵌入式软件需要特定的工具链。本章将详细介绍GCC/Clang编译器在嵌入式环境中的配置，链接脚本（Linker Script）的作用，以及如何使用GDB进行远程调试。读者将学会如何搭建一个完整的交叉编译环境，并理解编译过程中的优化选项对最终代码大小和运行效率的影响。 第十二章：固件烧写、Bootloader与OTA机制 一个健壮的系统必须具备可靠的启动机制和远程更新能力。我们将剖析Bootloader的功能，包括初始化硬件、校验和加载主程序。随后，我们将探讨安全可靠的固件空中升级（OTA）方案设计，包括分区分级、数据加密和回滚机制的实现思路。 第十三章：嵌入式系统可靠性与功耗优化 在资源受限的系统中，可靠性和功耗是衡量设计质量的关键指标。本章将探讨看门狗（Watchdog Timer）的应用，错误处理策略，以及如何通过CPU的休眠模式（Sleep/Stop Modes）、时钟门控和外设低功耗配置，实现超低功耗的设计目标。 总结 本书并非一个特定芯片平台的纯粹“手册”，而是着重于嵌入式领域共性的、跨越不同硬件架构和操作系统的核心技术与设计思想。通过对这些基础概念的深入理解和贯穿始终的实践案例（采用伪代码和通用C语言实现），读者将能够快速适应新的硬件平台，构建出稳定、高效且具备现代通信能力的嵌入式产品。掌握本书内容，意味着您已迈入专业嵌入式系统工程师的行列。

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这本书的装帧设计相当专业，封面采用了深邃的蓝色调，搭配银色的字体，给人一种沉稳可靠的感觉。内页的纸张质量也出乎意料地好，摸上去很光滑，印刷清晰度极高，即便是复杂的电路图和代码示例，也能看得一清二楚，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳。初次翻阅时，我注意到作者在排版上花了很大心思，章节标题和正文之间的留白恰到好处，使得阅读的节奏感非常流畅。书脊的装订结实，预感可以经受住高强度的翻阅和查阅，这对于一本技术参考书来说至关重要。而且，这本书的开本尺寸设计得非常人性化，既能保证图文的展示效果，又方便携带，无论是放在桌面上还是带去现场调试，都非常顺手。这种注重细节的制作工艺，无疑提升了阅读体验，让人在学习技术知识的同时，也能享受到愉悦的阅读过程。

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从工具链和开发环境的介绍来看，本书的更新维护周期做得相当到位。书中涵盖了当前业界主流的交叉编译工具链的配置与使用方法，特别是对版本兼容性问题的处理建议非常实用。很多老旧的技术书籍往往因为工具链更新而被束之高阁，但这本书似乎预判了未来几年的技术发展趋势，在软件配置和版本管理方面给出了前瞻性的指导。它教会的不仅仅是如何使用某个特定的库函数，更重要的是如何搭建一个可持续迭代、易于维护的开发环境。这对于希望将嵌入式开发作为长期职业方向的读者来说，所学到的“元技能”远超书本上的具体代码，这才是真正的长期价值所在。

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这本书的叙事风格非常独特，它不像传统教科书那样板着脸孔，而是带有一种老工程师谆谆教诲的味道。作者的文字平实而富有洞察力，他擅长用类比和生活化的语言来解释那些抽象的硬件原理，比如将时钟同步比作乐队指挥，将总线仲裁比作交通路口管理。这种亲切感让阅读过程丝毫没有枯燥感，反而像是在聆听一场高质量的技术讲座。此外，书中对不同厂商芯片系列的特点和差异性也有所涉及，这体现了作者超越单一平台的宏观视野，而不是局限于某一家公司的特定API。这种既有深度又有温度的表达方式，极大地降低了嵌入式系统学习的心理门槛。

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这本书的深度和广度都令我印象深刻，它绝非市场上那些泛泛而谈的入门手册可以比拟。作者显然是扎根于实际工程多年的专家，他对微控制器内部架构的剖析细致入微，从寄存器层级的操作到复杂的内存管理，讲解得逻辑清晰、层次分明。特别是对于中断处理机制的论述，不仅仅停留在理论层面，还结合了实时操作系统（RTOS）的调度策略进行了深入探讨，对于理解嵌入式系统的实时性至关重要。我特别欣赏其中关于功耗优化和低延迟通信协议实现的章节，这些内容往往是项目量产时决定成败的关键点，而书里提供的优化思路和实战案例，非常有参考价值。这种高密度的技术信息输入，要求读者具备一定的基础知识储备，但一旦消化吸收，对个人技术瓶颈的突破将是巨大的。

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在阅读这本书的过程中，我发现它最大的亮点之一在于对“实践”二字的贯彻始终。每一项核心概念的引入，后面几乎都紧跟着一个结构清晰、可复现的实验项目。这些项目并不是简单地“点亮LED”那种玩具级别，而是涉及传感器数据采集、网络数据透传、甚至简易控制算法实现的真实场景模拟。作者提供的配套源代码组织得非常规范，注释详尽，即便是初次接触特定外设的读者，也能很快上手。更难能可贵的是，书中经常会穿插一些“陷阱预警”和“常见错误分析”，这些都是作者在实战中踩过的坑，提前告知读者，极大地节省了调试时间。这种手把手的引导模式，让晦涩的理论知识迅速转化为实际解决问题的能力。

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