嵌入式系统原理与应用技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:370

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出版时间:2009-11

价格:39.00元

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isbn号码:9787811249422

丛书系列:

图书标签:

• 初学者，嵌入式
• 嵌入式系统
• 单片机
• ARM
• 物联网
• 传感器
• 控制系统
• 硬件设计
• 软件开发
• 嵌入式应用
• 电子工程

《嵌入式系统原理与应用技术》 一、 概述 本书旨在深入浅出地剖析嵌入式系统的核心原理，并系统性地介绍其在各个领域的广泛应用技术。本书面向读者为电子工程、计算机科学、自动化以及相关专业的本科生、研究生，也适合从事嵌入式系统设计、开发和应用工作的工程师。全书力求理论与实践相结合，既讲解基础理论，又注重实际工程问题的解决。 二、 内容构成 本书内容涵盖了嵌入式系统从硬件到软件的各个关键环节，旨在为读者构建一个全面、深入的认识。 第一部分：嵌入式系统基础理论 第一章：嵌入式系统概述 1.1 什么是嵌入式系统？ 详细阐述嵌入式系统的定义、特征（如专用性、实时性、面向对象、微型化、网络化等）以及与通用计算机系统的区别。 1.2 嵌入式系统的组成 深入分析嵌入式系统的基本组成部分：微处理器/微控制器（CPU）、存储器（RAM, ROM, Flash）、输入/输出设备（I/O Ports）、外围接口（如UART, SPI, I2C, USB, Ethernet等）、电源管理单元、以及软件系统。 1.3 嵌入式系统的发展历程与趋势 回顾嵌入式系统发展的关键节点，展望未来的发展方向，如物联网（IoT）、人工智能（AI）、边缘计算、低功耗设计、安全性和可靠性等。 1.4 典型嵌入式系统应用领域 列举并简要介绍嵌入式系统在工业控制、消费电子、通信设备、汽车电子、医疗器械、航空航天等领域的应用实例。 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）的区别与联系 详细对比MPU和MCU的架构、功能、性能、功耗以及适用场景。 2.2 嵌入式处理器架构 介绍主流的嵌入式处理器架构，如ARM（Cortex-M, Cortex-A系列）、RISC-V、MIPS等，重点分析其指令集、流水线、缓存、中断机制等。 2.3 CPU性能指标与选型 讲解CPU的时钟频率、总线宽度、指令集效率、功耗等关键性能指标，以及如何根据应用需求进行处理器选型。 2.4 存储器系统 2.4.1 内存（RAM） 讲解SRAM、DRAM的工作原理、特性及在嵌入式系统中的应用。 2.4.2 只读存储器（ROM）与闪存（Flash） 介绍ROM（如Mask ROM, PROM, EPROM）和Flash Memory（NOR Flash, NAND Flash）的结构、读写方式、擦除机制及其在程序存储和数据存储中的作用。 2.4.3 外部存储器接口 分析SRAM、DRAM、Flash与CPU的连接方式，如并行接口、串行接口（SPI, QSPI）等。 第三章：嵌入式系统的输入/输出（I/O）接口技术 3.1 通用输入/输出（GPIO） 讲解GPIO的工作原理、寄存器配置（方向、上拉/下拉、开漏/推挽输出）、中断触发方式及其在简单信号输入输出中的应用。 3.2 串行通信接口 3.2.1 UART/USART 介绍UART的异步串行通信原理、波特率、数据格式（起始位、数据位、校验位、停止位），以及在设备间数据传输中的应用。 3.2.2 SPI（Serial Peripheral Interface） 讲解SPI的总线结构（MOSI, MISO, SCK, SS）、主从模式、数据传输时序，以及在连接传感器、EEPROM等设备中的应用。 3.2.3 I2C（Inter-Integrated Circuit） 分析I2C的总线结构（SDA, SCL）、通信协议、地址机制、读写操作，以及在连接各种低速外设中的广泛应用。 3.3 并行通信接口 介绍并行接口的工作原理、数据总线、控制信号，以及其在连接高速并行设备时的特点。 3.4 USB（Universal Serial Bus） 讲解USB的总线结构、设备类型（主机、设备）、传输模式（控制、批量、中断、同步）、以及在嵌入式设备连接外围设备和数据传输中的应用。 3.5 以太网接口 介绍以太网 MAC/PHY 的工作原理、接口标准、数据帧格式，以及在网络通信中的应用。 3.6 其他常用接口 简要介绍CAN（Controller Area Network）、SDIO、DMA（Direct Memory Access）等接口技术。 第四章：嵌入式系统实时操作系统（RTOS） 4.1 实时操作系统概述 阐述RTOS的定义、核心概念（任务、调度、同步、通信、中断）、与通用操作系统的区别，以及其在实时性要求高的嵌入式系统中的必要性。 4.2 RTOS任务管理 讲解任务的创建、删除、挂起、恢复、切换，任务状态（就绪、运行、阻塞、休眠）及其生命周期。 4.3 RTOS任务调度 介绍常见的调度算法，如优先级调度（抢占式、非抢占式）、时间片轮转调度、先到先服务（FCFS）调度等，分析其优缺点。 4.4 RTOS任务同步与互斥 讲解信号量（二元信号量、计数信号量）、互斥锁（Mutex）、事件标志等同步机制，以及它们在保护共享资源、协调任务执行中的作用。 4.5 RTOS任务间通信 介绍消息队列（Message Queue）、事件（Event）、共享内存等通信机制，以及它们在任务间传递数据、事件通知中的应用。 4.6 RTOS中断管理 讲解中断服务程序（ISR）的设计原则、中断嵌套、中断与任务的交互。 4.7 典型RTOS介绍 简要介绍FreeRTOS、RT-Thread、ucos-II/III等主流嵌入式RTOS的特点和基本用法。 第五章：嵌入式系统软件开发 5.1 嵌入式开发环境 介绍交叉编译环境（Cross-compilation Environment）、集成开发环境（IDE）、调试器（Debugger）等开发工具链。 5.2 嵌入式程序设计 讲解嵌入式C语言编程的特点（如对硬件的直接操作、内存管理、资源受限性）、驱动程序设计、BSP（Board Support Package）开发。 5.3 嵌入式程序调试技术 介绍断点调试、单步执行、变量监视、内存查看、逻辑分析仪、示波器等调试方法。 5.4 嵌入式系统内存管理 讲解嵌入式系统中的静态内存分配、栈内存分配、堆内存分配，以及内存泄漏、内存碎片等问题。 5.5 嵌入式系统的 Bootloader 介绍Bootloader的作用、启动流程、常见实现方式（如U-Boot）。 5.6 嵌入式Linux系统开发基础 （可选部分，可作为进阶内容）介绍嵌入式Linux的体系结构、移植流程、驱动程序开发、用户空间应用程序开发。 第二部分：嵌入式系统应用技术 第六章：嵌入式系统在工业控制中的应用 6.1 工业自动化基础 介绍PLC（Programmable Logic Controller）、DCS（Distributed Control System）等概念。 6.2 嵌入式PLC 讲解嵌入式系统如何实现PLC的功能，包括I/O采集、逻辑控制、运动控制等。 6.3 现场总线技术 介绍CAN、Profibus、Modbus等工业现场总线的通信协议和应用。 6.4 嵌入式数据采集系统 设计和实现基于嵌入式系统的传感器数据采集、处理和存储系统。 6.5 SCADA系统中的嵌入式应用 介绍嵌入式设备在监控和数据采集系统（SCADA）中的作用。 第七章：嵌入式系统在消费电子中的应用 7.1 智能家电 介绍嵌入式系统在冰箱、空调、洗衣机、电视等智能家电中的应用，如用户界面、控制逻辑、网络连接。 7.2 智能穿戴设备 分析智能手表、手环等穿戴设备的嵌入式系统设计，包括传感器集成、低功耗设计、通信技术。 7.3 嵌入式音频/视频处理 介绍嵌入式系统在MP3播放器、便携式DVD、数字相框等设备中的音频/视频编解码和处理技术。 7.4 智能玩具与游戏机 探讨嵌入式系统在提供交互体验、游戏逻辑控制中的应用。 第八章：嵌入式系统在通信设备中的应用 8.1 路由器与交换机 介绍嵌入式系统在网络设备中的控制和管理功能。 8.2 移动通信终端 分析智能手机、平板电脑等移动设备的嵌入式系统架构和功能。 8.3 物联网（IoT）通信模块 讲解Zigbee、LoRa、NB-IoT等低功耗广域网（LPWAN）通信模块的嵌入式实现。 8.4 嵌入式网络服务器 介绍如何构建嵌入式Web服务器，实现设备远程访问和管理。 第九章：嵌入式系统在汽车电子中的应用 9.1 车载信息娱乐系统（IVI） 介绍嵌入式系统在导航、音响、显示、互联功能中的应用。 9.2 动力总成控制 分析发动机控制单元（ECU）、变速箱控制单元（TCU）等关键嵌入式系统的作用。 9.3 底盘控制系统 讲解ABS（防抱死制动系统）、ESP（电子稳定程序）等系统的嵌入式实现。 9.4 ADAS（高级驾驶辅助系统） 探讨嵌入式系统在雷达、摄像头、传感器融合以及决策控制中的应用。 9.5 车载网络 介绍CAN、LIN、FlexRay等汽车通信总线。 第十章：嵌入式系统设计方法学与实践 10.1 嵌入式系统生命周期 介绍嵌入式项目的需求分析、设计、开发、测试、部署、维护等阶段。 10.2 系统级设计 讲解如何进行系统架构设计，包括硬件选型、软件模块划分、接口定义。 10.3 嵌入式软件架构模式 介绍面向对象、分层、模块化等软件设计原则在嵌入式系统中的应用。 10.4 功耗优化设计 讲解低功耗模式、时钟门控、电源管理等技术在嵌入式系统中的应用。 10.5 系统可靠性与安全性设计 探讨异常处理、容错机制、安全加固等设计考量。 10.6 嵌入式系统测试 介绍单元测试、集成测试、系统测试、硬件在环（HIL）测试等方法。 10.7 案例分析 提供1-2个典型的嵌入式系统设计案例，贯穿从需求到实现的完整过程。 三、 特色与亮点 体系完整： 涵盖了嵌入式系统的硬件、软件、操作系统、开发工具和应用技术，形成一个完整的知识体系。 理论与实践结合： 在阐述理论知识的同时，融入了大量的实际应用案例和工程经验，帮助读者理解理论在实践中的应用。 图文并茂： 配备了丰富的电路图、系统框图、流程图和代码示例，便于读者理解和学习。 面向工程实践： 强调嵌入式系统设计中的实际问题，如功耗优化、可靠性、实时性等，为读者提供解决实际工程挑战的能力。 紧跟技术前沿： 适当引入了物联网、边缘计算等新兴技术在嵌入式领域的应用。 四、 目标读者 高等院校电子工程、计算机科学、自动化等相关专业的本科生和研究生。 从事嵌入式系统开发、硬件设计、软件编程、系统集成的工程师。 希望系统学习嵌入式系统知识的初学者和技术爱好者。 五、 学习建议 建议读者在学习过程中，结合具体的嵌入式开发板（如STM32、树莓派、ESP32等），动手实践书中的代码示例和案例，加深对理论知识的理解，并锻炼实际的开发能力。同时，鼓励读者关注行业动态，持续学习新的技术和工具。

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