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出版者:

作者:冯

出品人:

页数:381

译者:

出版时间:2009-11

价格:50.00元

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isbn号码:9787302211570

丛书系列:

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• CE
• Windows
• 计算机
• 6.0嵌入式高级编程
• 计算机科学
• Programming
• 2009
• Windows CE
• 嵌入式系统
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• 设备驱动开发

深入解析现代操作系统内核与驱动开发：面向嵌入式系统的深度实践 本书聚焦于现代嵌入式系统软件栈的核心——操作系统内核的构建、定制与优化，以及驱动程序的底层实现原理。它旨在为系统工程师、底层软件开发者提供一套全面且深入的技术指南，帮助读者掌握从硬件抽象层到上层应用之间的关键技术。 本书完全避开了对特定操作系统版本（如Windows CE 6.0）的详细介绍和API讲解，而是将视角提升到跨平台、面向未来嵌入式系统设计的通用原则和技术栈上。我们相信，理解操作系统的基本架构、内存管理机制、进程间通信的底层逻辑，以及如何为新型SoC编写高效、可靠的驱动程序，是构建任何先进嵌入式系统的基石。 第一部分：现代嵌入式内核架构与定制化 本部分将系统地拆解嵌入式实时操作系统（RTOS）及类Unix内核的内部工作机制，侧重于其架构设计哲学，而非特定API的调用。 第一章：嵌入式操作系统的演进与核心设计哲学 微内核、宏内核与混合内核的比较研究： 深入剖析不同内核设计范式在资源受限环境下的性能权衡、可靠性与可扩展性。重点讨论如何根据项目需求（如确定性延迟、安全隔离）选择最合适的内核结构。 中断处理与上下文切换的艺术： 详述中断向量表（IVT）的结构、硬件异常的处理流程，以及CPU上下文保存与恢复的汇编级细节。分析如何优化中断延迟，确保关键任务的实时性。 启动过程与硬件初始化序列（Boot Sequence）： 详细解析从硬件复位（Reset）到操作系统内核完全接管系统的全过程，包括Bootloader（如U-Boot, Barebox）的角色、内存映射的建立，以及如何将控制权安全地移交给内核。 第二章：内存管理单元（MMU/MPU）的深度应用 本书摒弃对特定操作系统的内存分配模型描述，转而专注于内存管理硬件的配置与驱动。 虚拟内存与物理内存的映射机制： 阐述TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理，多级页表（Page Table）的遍历过程，以及如何通过页表操作实现进程隔离。 缓存一致性（Cache Coherency）与内存屏障（Memory Barriers）： 深入探讨L1/L2缓存的写回/写穿透策略，以及在多核/多处理器系统中，如何使用内存屏障指令（如`DMB`, `DSB`）来保证数据在不同核心间的可见性和顺序性。 动态内存分配器的实现与性能调优： 剖析经典的内存池（Pool Allocator）和堆管理器（Heap Manager，如dlmalloc, jemalloc的嵌入式变种）的设计思路，并指导读者如何根据应用场景（内存碎片、分配速度）定制高效的内存分配算法。 第三章：进程调度与同步机制的底层实现 本章聚焦于操作系统如何公平、高效地管理并发任务。 先进的调度算法： 比较分析固定优先级抢占式、时间片轮转、彩票调度（Lotto Scheduling）和EAR（Earliest Deadline First）调度算法的数学基础和实际应用场景。 同步原语的原子操作实现： 探讨信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）以及条件变量（Condition Variable）在底层是如何通过CPU提供的原子指令（如Test-and-Set, Compare-and-Swap）构建起来的，重点关注锁的争用与优先级反转问题的规避策略。 第二部分：嵌入式系统关键驱动程序的开发与调试 本部分将技术重点放在如何直接与硬件交互，开发高性能、高可靠性的设备驱动程序，这部分内容是构建任何嵌入式系统的核心技能。 第四章：平台驱动开发基础：总线、中断与时钟管理 设备树（Device Tree）的结构与解析： 详细讲解Device Tree Blob (DTB) 的格式、其在系统启动中的作用，以及内核如何解析DTB来动态发现和配置硬件资源（I/O地址、中断号、时钟频率）。 中断控制器（PIC/GIC）的高级编程： 如何安全地注册和注销中断处理程序（ISR），处理级联中断，以及使用Message Signaled Interrupts (MSI) 来提高中断效率。 时钟与电源管理驱动的编写： 讲解如何通过编程控制SoC内部的时钟门控（Clock Gating）和PLLs，以实现动态频率调整（DVFS）和功耗优化。 第五章：核心外设驱动的高效实现 本章针对I/O密集型外设，提供面向性能的驱动设计指导。 通用异步收发器（UART）与SPI/I2C的同步通信驱动： 探讨如何设计驱动程序以最大化总线吞吐量，包括轮询（Polling）与中断驱动（Interrupt-Driven）模式的选择。 DMA（直接内存访问）引擎的配置与管理： 深入解析DMA控制器的寄存器结构，如何设置Scatter/Gather列表，以实现零拷贝（Zero-Copy）的数据传输，极大地减轻CPU负载。 块设备驱动的架构： 以NAND/eMMC闪存驱动为例，讲解如何实现请求队列（Request Queue），处理磨损均衡（Wear Leveling）和错误校正码（ECC）的集成。 第六章：调试、性能分析与固件安全加固 底层调试技术： 介绍JTAG/SWD接口的使用、硬件断点与观察点的设置，以及如何利用System Trace工具（如ETM）捕获实时执行流。 性能瓶颈识别： 使用内核级工具和自定义探针（Probes）来测量关键路径的执行时间、缓存命中率和系统调用开销，指导开发者进行针对性的代码优化。 嵌入式固件的安全启动与验证机制： 探讨如何使用硬件信任根（RoT）来验证内核和驱动的数字签名，确保系统在启动和运行时免受篡改。 本书旨在提供一个坚实的技术框架，使读者能够独立地面对各种新型嵌入式硬件平台，从零开始构建或深度优化其操作系统核心与驱动层，是面向下一代嵌入式系统开发的必备参考书。

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这本书的深度和广度，让我感觉自己仿佛置身于一个巨大的知识宝库之中。它对于 Windows CE 6.0 平台的一些冷门但却至关重要的技术细节，也进行了详细的阐述。我尤其欣赏书中关于电源管理和低功耗设计的章节。在许多嵌入式设备中，电池续航能力是至关重要的性能指标。这本书深入分析了 Windows CE 6.0 的电源管理框架，包括 ACPI（高级配置与电源接口）的支持，以及如何通过软件层面的优化来降低设备的功耗。 我曾经在开发一个需要长时间运行的电池供电设备时，遇到了续航能力不足的问题，尝试了多种方法但效果不佳。通过阅读这本书中关于 CPU 频率动态调整、设备休眠和唤醒机制的详细讲解，我找到了突破口，并且成功地延长了设备的电池续航时间。书中还对如何利用 CE 提供的电源管理 API 来控制设备的电源状态，以及如何实现节能模式进行了详细的介绍。例如，书中对设备空闲时自动进入低功耗状态的实现方式的解析，对于我这样的开发者来说，是极其有用的。 此外，书中对嵌入式设备的安全更新和固件升级的讨论，也给我留下了深刻的印象。在软件生命周期管理中，安全更新和固件升级是保证设备长期稳定运行的关键。这本书详细介绍了如何在 Windows CE 6.0 平台上实现安全的固件升级机制，包括 OTA（空中下载）更新以及通过存储介质进行更新。它还对固件的完整性校验和回滚机制进行了详细的阐述，确保升级过程的可靠性和安全性。这让我能够更全面地考虑设备的生命周期管理，并且提前规划好相关的技术方案。

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这本书的内容之丰富，让我感觉到每翻一页都能学到新东西。它在嵌入式系统移植和定制化方面的指导，为开发者提供了重要的参考。对于需要将 Windows CE 6.0 部署到不同硬件平台上的开发者来说，系统移植是一个复杂但却至关重要的环节。这本书深入讲解了 Windows CE 6.0 的 BSP（板级支持包）的构成和定制化方法，包括如何修改启动加载程序、驱动程序以及内核配置，以适应不同的硬件平台。 我曾经在将 Windows CE 6.0 移植到一个全新的嵌入式主板上时，遇到了大量的硬件兼容性问题和驱动程序配置难题。通过阅读这本书中关于 BSP 的详细解释，以及如何修改和生成 BSP 的详细步骤，我成功地完成了系统的移植，并且实现了对新硬件的良好支持。书中还对如何优化系统的启动速度，以及如何对内核进行裁剪和配置，以减小系统体积和提高运行效率进行了详细的介绍。例如，书中对内核配置选项的详细解析，以及如何通过配置工具来定制内核，对我来说，是极其有用的。它让我能够更精细地控制系统的各个方面，以满足不同项目的需求。 此外，书中对嵌入式应用程序部署和分发的讨论，也让我受益匪浅。在产品发布过程中，如何将应用程序安全、高效地部署到目标设备上是一个重要的问题。这本书详细介绍了 Windows CE 6.0 的应用程序打包、签名和部署机制，包括如何创建 CAB（Cabinet）文件，以及如何利用 CE 提供的工具来管理和更新应用程序。这让我能够更全面地考虑产品的部署策略，并且确保应用程序能够顺利地安装和运行在目标设备上。

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这本书简直就是嵌入式开发的一本“圣经”！作为一名在嵌入式领域摸爬滚打了近十年的开发者，我一直都在寻找一本能够系统深入讲解 Windows CE 6.0 核心机制，并且能够指导实际项目开发的权威著作。市面上关于 CE 的书籍很多，但大多停留在表面，要么只是罗列 API，要么对一些关键的底层原理含糊其辞，根本无法满足我这样的进阶需求。直到我翻开了《Windows CE 6.0 嵌入式高级编程》，我才真正找到了一本能够称得上“高级”的教材。 这本书的开篇就深入剖析了 Windows CE 6.0 的内核架构，这部分内容是我最看重的。它详细讲解了进程管理、线程调度、内存管理、中断处理等核心概念，并且结合了 CE 特有的实现方式。例如，书中对于 CE 内核的微内核特性、对象管理器、电源管理以及内核对象的同步机制的阐述，都达到了前所未有的深度。我曾经在工作中遇到过一些棘手的性能问题，总是找不到根源，很大程度上就是因为对 CE 底层机制理解不够透彻。这本书通过对内存管理单元（MMU）的详细讲解，以及其与进程和线程的关联，让我豁然开朗，理解了为什么某些操作会引发严重的性能瓶颈。书中还对 CE 的文件系统，特别是其可读写的文件系统（RWFS）和只读文件系统（RFS）进行了细致的剖析，这对于开发需要高效文件操作的嵌入式设备至关重要。它不仅仅是告诉你如何使用 API，更是告诉你为什么这样设计，以及背后的权衡。对于我来说，这不仅仅是知识的获取，更是开发思路的升华。读完这部分，我感觉自己对 CE 内核的掌控力提升了一个档次，能够更自信地去解决复杂的系统问题，甚至能够预判一些潜在的风险。

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这本书的语言风格和内容组织，都体现了作者深厚的功底和严谨的态度。它在国际化和本地化方面的指导，为开发者提供了重要的参考。在面向全球市场的嵌入式产品开发中，多语言支持和本地化是必不可少的环节。这本书深入讲解了 Windows CE 6.0 的国际化和本地化框架，包括 Unicode 的支持，以及如何利用 CE 提供的资源文件机制来管理不同语言的字符串和资源。 我曾经在开发一个需要支持多种语言的产品时，遇到了大量的字符编码问题和界面显示不一致的情况。通过阅读这本书中关于 UTF-8 和 UTF-16 编码的详细解释，以及如何利用 CE 提供的国际化 API 来加载和管理本地化资源，我成功地解决了这些问题，并且实现了 seamless 的多语言切换。书中还对如何处理日期、时间、数字格式的本地化，以及如何设计支持本地化用户界面的应用程序进行了详细的介绍。例如，书中对资源文件（.rc 文件）的使用和管理的详细讲解，对我来说，是极其有用的。它让我能够更有效地管理应用程序的本地化资源，并且避免出现因语言差异而导致的用户体验问题。 此外，书中对嵌入式设备用户体验（UX）设计的探讨，也让我感触颇深。在竞争激烈的嵌入式市场，优秀的用户体验是产品成功的关键因素之一。这本书从用户交互、界面设计、信息架构等方面，为开发者提供了宝贵的指导。它强调了以用户为中心的设计理念，并且提供了许多关于如何设计直观、易用、高效的用户界面的技巧。这让我能够更全面地考虑产品的用户体验，并且在设计和开发过程中，将用户需求放在首位。

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这本书对于我来说，不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师。它在软件架构设计和优化方面的指导，为我打开了新的视野。在嵌入式项目开发中，合理的软件架构能够极大地影响项目的可维护性、可扩展性和性能。这本书没有停留在简单的代码实现层面，而是深入探讨了 Windows CE 6.0 平台下的软件架构设计原则和最佳实践。它详细讲解了如何根据项目需求，选择合适的架构模式，比如分层架构、模块化设计等，并且阐述了如何利用 CE 提供的各种机制来支持这些架构。 我曾经在参与一个大型嵌入式项目的开发过程中，因为前期架构设计不合理，导致后期代码维护困难，bug 频发。如果早点接触到这本书中关于模块化设计和组件化开发的理念，我想我们能够避免很多不必要的麻烦。书中对 CE 应用程序的生命周期管理，包括进程的创建、销毁、以及状态的切换，都进行了详尽的阐述。它让我理解了如何更有效地管理应用程序的资源，避免内存泄漏和资源浪费。 特别让我惊喜的是，书中还对性能优化进行了深入的探讨。在资源受限的嵌入式环境中，性能优化是永恒的主题。这本书提供了大量的实战技巧和方法，帮助开发者识别性能瓶颈，并且采取有效的措施来提升程序的执行效率。它不仅仅是关于算法的优化，更是关于系统层面的调优，包括如何利用 CE 提供的性能分析工具，如何优化内存访问，如何减少线程上下文切换等。例如，书中对多线程编程的深入讲解，以及如何避免死锁和竞态条件，对于开发高性能并发应用程序至关重要。它让我能够更自信地去设计和实现高效、稳定的嵌入式系统，满足日益增长的性能需求。

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这本书的价值，在于它提供了一个系统性的学习框架，能够帮助开发者构建起对 Windows CE 6.0 完整且深入的认知。它在多媒体处理和硬件加速方面的讲解，让我对嵌入式设备的音视频处理能力有了更深的理解。在如今各种智能设备遍地开花的情况下，对音视频的良好支持至关重要。这本书深入剖析了 Windows CE 6.0 的多媒体框架，包括 DirectShow 的应用，以及如何利用硬件加速来提升音视频编解码的性能。 我曾经在开发一个需要播放高清视频的嵌入式设备时，遇到了视频卡顿和音画不同步的问题，尝试了多种软件方案但效果不佳。通过阅读这本书中关于利用 GPU（图形处理器）进行硬件加速的详细讲解，以及如何通过 DirectDraw 和 Direct3D 来实现高性能的图形渲染，我找到了解决问题的关键。书中还对音频处理，包括音频输入输出、混音以及各种音频格式的支持，进行了详细的介绍。例如，书中对 PCM 音频数据处理的深入解析，以及如何利用 DirectSound API 来实现高质量的音频播放，对我来说，是极其宝贵的知识。 此外，书中对嵌入式设备的传感器集成和数据采集的讨论，也让我受益匪浅。随着物联网的兴起，嵌入式设备越来越多地需要与各种传感器进行交互，采集环境数据。这本书详细介绍了如何利用 CE 提供的传感器 API 来访问和控制各种传感器，比如加速度计、陀螺仪、GPS 等。它还对如何进行传感器数据的滤波和处理，以及如何将采集到的数据上传到云端或进行本地存储进行了详细的介绍。这让我能够更自信地去设计和实现集成传感器功能的嵌入式产品，满足日益增长的智能应用需求。

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在阅读《Windows CE 6.0 嵌入式高级编程》的过程中，我最大的收获之一就是对 Windows CE 6.0 系统服务和 API 的理解达到了前所未有的深度。过去，我常常满足于调用一些通用的 API 来实现功能，但对于这些 API 背后的工作原理，以及它们是如何与操作系统内核协同工作的，我并没有深入的了解。这本书打破了我这种浅尝辄止的学习方式。它详细剖析了 Windows CE 6.0 的各种核心系统服务，比如进程间通信（IPC）机制，包括消息队列、共享内存、管道、RPC（远程过程调用）等，并且深入讲解了每种机制的适用场景、性能特点以及实现细节。这让我能够根据实际需求，选择最合适的 IPC 方式，从而优化应用程序的通信效率。 更让我惊喜的是，书中对于用户界面（UI）开发的部分，也进行了深入的探讨。虽然 CE 作为一个嵌入式操作系统，其 UI 开发与桌面 Windows 有所不同，但这本书依然为我们提供了宝贵的指导。它详细讲解了 CE 6.0 的图形设备接口（GDI）以及窗口管理机制，包括窗口创建、消息处理、控件的使用等。并且，它还对一些高级 UI 特性，比如触摸屏输入、多语言支持以及用户自定义控件的开发进行了详细的介绍。我曾经在开发一个需要复杂交互界面的嵌入式设备时，遇到了很多 UI 相关的难题，总是无法达到预期的效果。这本书提供的详细解释和代码示例，让我茅塞顿开，能够更有效地设计和实现富有吸引力的用户界面。例如，书中对 DirectDraw 的深入讲解，对于需要高性能图形渲染的设备来说，简直是雪中送炭。它让我理解了如何利用硬件加速来提升图形绘制的效率，从而实现更流畅的用户体验。

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这本书的实用性，在我阅读的过程中得到了充分的体现。它对于如何将理论知识转化为实际的开发经验，提供了非常直接的指导。我尤其赞赏书中关于第三方库和组件集成的内容。在实际的嵌入式项目开发中，我们往往需要利用各种第三方库来快速实现功能，而不是从头开始编写所有的代码。这本书详细介绍了如何将常用的第三方库，如图形库、多媒体库、通信库等，集成到 Windows CE 6.0 平台，并且提供了详细的步骤和注意事项。 我曾经在开发一个需要集成第三方图像处理库的设备时，遇到了各种兼容性和链接问题，花费了大量的时间去解决。如果早点读到这本书中关于库文件格式、链接选项以及符号解析的详细解释，我想我能够事半功倍。书中还对如何利用 CE 的 SDK（软件开发工具包）和 BSP（板级支持包）来定制和扩展开发环境进行了深入的介绍。这对于需要针对特定硬件平台进行深度开发的开发者来说，是极其宝贵的。它让我理解了如何有效地利用这些工具来加速开发进程，并且解决与硬件相关的各种问题。 此外，书中对调试和故障排除的技巧也非常有价值。在嵌入式开发中，调试往往是耗时最长的环节之一。这本书提供了许多行之有效的调试方法，包括利用 CE 提供的调试器、日志记录、以及断点调试等。它还深入讲解了如何分析内存转储文件、堆栈信息，从而快速定位和解决问题。例如，书中对远程调试的详细说明，对于无法直接连接调试器的嵌入式设备来说，是必不可少的。它让我能够更有效地应对开发过程中遇到的各种疑难杂症，提高开发效率。

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这本书的内容之扎实，是我在阅读过程中最直观的感受。它不仅仅是理论的堆砌，更是对实际开发中遇到的各种场景的深入探讨。我尤其欣赏书中关于设备驱动程序开发的部分。在嵌入式开发中，驱动程序是连接硬件和操作系统的桥梁，其重要性不言而喻。这本书并没有止步于介绍通用的驱动模型，而是深入讲解了 CE 6.0 特有的驱动模型，包括总线驱动、客户端驱动、以及与用户模式和内核模式的交互方式。书中对于如何编写高效、可靠的设备驱动，特别是针对中断处理、DMA（直接内存访问）以及同步机制的优化，都给出了非常具体且实用的指导。我曾经花费了大量的时间去调试一个涉及到复杂硬件交互的驱动程序，走了很多弯路，最终才勉强实现。如果早点读到这本书，我想我能节省至少一半的时间。书中对各种驱动类型，如串口驱动、网络驱动、存储驱动等的典型实现案例分析，都非常具有借鉴意义。它让我理解了驱动程序设计的最佳实践，以及如何避免一些常见的陷阱。此外，书中对于设备管理器（Device Manager）的讲解，以及如何通过注册和管理设备来暴露硬件功能，也让我对整个驱动架构有了更清晰的认识。对我来说，这部分的价值在于它提供了一个系统性的框架，让我能够更好地理解和设计复杂的驱动程序，从而提高嵌入式产品的稳定性和性能。

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这本书简直是为那些渴望突破瓶颈、迈向精通的嵌入式开发者量身打造的。其中关于网络通信和协议栈的章节，让我印象尤为深刻。在嵌入式设备日益互联互通的今天，掌握高效可靠的网络通信技术至关重要。这本书并没有简单地停留在 Socket API 的层面，而是深入剖析了 Windows CE 6.0 的 TCP/IP 协议栈的内部实现，包括 IP 层、TCP 层、UDP 层以及各种上层协议（如 HTTP, FTP, DHCP 等）的工作原理。它详细讲解了如何利用 CE 提供的网络 API 来实现各种复杂的网络功能，并且重点阐述了如何优化网络通信的性能和可靠性。 我曾经在开发一个需要频繁与服务器进行数据交换的设备时，遇到了大量的网络拥塞和丢包问题。通过阅读这本书中关于 TCP 拥塞控制算法的深入分析，以及如何利用 CE 提供的网络性能调优工具，我最终成功地解决了这些问题，极大地提升了设备的通信稳定性。书中还对无线网络通信，如 Wi-Fi 和蓝牙，也进行了详细的介绍，包括其驱动开发和协议栈的集成。这对于开发具有无线连接功能的嵌入式产品非常有价值。它让我理解了无线通信的独特性，以及如何在 CE 平台上有效地管理和利用无线资源。 此外，书中对安全性的探讨也做得非常出色。在嵌入式设备面临日益严峻的安全威胁的背景下，理解和实施有效的安全措施至关重要。这本书深入讲解了 Windows CE 6.0 的安全特性，包括认证、授权、数据加密以及安全更新机制。它详细介绍了如何利用 CE 提供的安全 API 来保护应用程序和设备免受攻击，并且提供了许多实用的安全编码实践。例如，书中对 TLS/SSL 协议在 CE 上的实现进行了解析，这对于开发需要与互联网进行安全通信的设备来说，是必不可少的知识。它让我能够更有信心地去构建一个安全的嵌入式系统，保护用户数据的安全。

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