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页数:327

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出版时间:2010-1

价格:49.00元

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isbn号码:9787121097768

丛书系列:

图书标签:

• matlab
• FPGA
• 多媒体处理
• 图像处理
• 视频处理
• 数字信号处理
• 硬件加速
• Verilog
• VHDL
• 嵌入式系统
• 可编程逻辑器件

《嵌入式系统软硬件协同设计实战》 内容简介： 在飞速发展的电子信息时代，嵌入式系统以其小巧、高效、低功耗的特性，渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、汽车电子到工业自动化、医疗设备，无处不在。然而，嵌入式系统的开发并非易事，它要求开发者不仅要精通硬件，理解微处理器、存储器、接口电路等核心部件的工作原理，更要熟练掌握软件开发技术，如操作系统、驱动程序、应用程序的设计与实现。而要将软硬件紧密结合，实现系统的最佳性能，软硬件协同设计便成为一项至关重要的能力。 本书正是基于这一需求，致力于为读者提供一套系统、实用的嵌入式系统软硬件协同设计方法论与实践指南。全书围绕一个贯穿始终的典型嵌入式项目展开，通过循序渐进的方式，引导读者深入理解嵌入式系统设计的全貌，掌握从概念到落地的完整流程。本书并非讲解某一特定领域的硬件加速技术，而是聚焦于嵌入式系统整体的构建与优化，强调软件与硬件如何相互配合，共同应对资源受限、实时性要求高等挑战。 第一部分：嵌入式系统基础与开发环境搭建 本部分将从最基础的概念入手，为读者建立起对嵌入式系统的宏观认知。我们将详细阐述嵌入式系统的定义、组成、特点及其在各个领域的应用现状，帮助读者理解嵌入式系统设计的基本框架。 嵌入式系统概述： 深入剖析嵌入式系统的硬件平台（微处理器/微控制器、存储器、外设接口等）和软件平台（裸机、实时操作系统RTOS、嵌入式Linux等）的构成要素，讲解不同平台的优势与劣势，为读者选择合适的开发平台奠定基础。 开发环境搭建： 针对当前主流的嵌入式开发平台，如ARM Cortex-M系列微控制器和基于ARM Cortex-A系列的嵌入式Linux系统，提供详细的开发环境搭建教程。这包括交叉编译工具链的安装与配置、调试器的使用、仿真器的部署等。我们将以实际操作为导向，确保读者能够快速搭建起高效的开发工作流。 硬件调试与测试： 学习使用示波器、逻辑分析仪、万用表等常用硬件调试工具，掌握信号的捕获、分析和故障诊断方法。同时，介绍单元测试、集成测试等软件测试策略，以及如何将测试方法应用于嵌入式开发中，确保代码的正确性和系统的稳定性。 第二部分：嵌入式软件设计与开发 在掌握了基础知识和开发环境后，本部分将聚焦于嵌入式软件的设计与开发。我们将深入探讨嵌入式软件开发的各个关键环节，强调代码的效率、可读性与可维护性。 裸机编程与驱动开发： 从最底层的寄存器操作入手，讲解如何直接控制硬件。在此基础上，深入讲解嵌入式设备驱动程序的编写方法，包括GPIO、UART、SPI、I2C等常用接口的驱动开发。我们将通过实际代码示例，展示如何编写高效、可复用的驱动程序。 实时操作系统（RTOS）应用： 介绍RTOS的核心概念，如任务调度、进程间通信、内存管理、中断处理等。我们将选择一款广泛应用的RTOS（例如FreeRTOS或RT-Thread），详细讲解其API的使用，以及如何基于RTOS构建多任务并发的嵌入式应用程序。重点讲解如何通过RTOS有效地管理系统资源，实现高实时性。 嵌入式Linux系统开发： 针对嵌入式Linux系统，我们将讲解其特有的开发流程，包括Bootloader、Kernel、Rootfs的构建与配置。重点介绍在嵌入式Linux环境下进行应用程序开发，包括用户空间与内核空间的交互、设备树的应用、以及常用系统服务的开发。 嵌入式系统安全基础： 随着嵌入式设备联网数量的激增，安全性问题日益突出。本部分将介绍嵌入式系统安全的基础知识，包括常见的安全威胁、加密算法在嵌入式系统中的应用，以及一些基本的安全加固措施。 第三部分：软硬件协同设计与优化 本部分是本书的核心，将引导读者深入理解软硬件协同设计的理念，并掌握实现系统性能优化的关键技术。我们将通过一个综合项目，展示如何通过软硬件的紧密配合，达成最佳的设计目标。 系统架构设计： 在项目初期，我们将学习如何进行合理的系统架构设计。这包括对系统功能需求的分析，硬件选型的考量，以及软件模块的划分。我们将强调在设计之初就考虑软硬件的交互方式，为后续的协同工作打下基础。 硬件接口设计与软件适配： 讲解如何根据软件需求，设计或选择合适的硬件接口。例如，当软件需要高速数据传输时，硬件接口的选择和设计就至关重要。同时，我们将深入讲解如何编写高效的软件，来适配和驱动这些硬件接口，并进行性能优化。 功耗管理与优化： 嵌入式系统往往对功耗有严格的要求。本部分将介绍嵌入式系统中的功耗管理技术，包括低功耗模式的应用、硬件电源管理方案以及软件层面的功耗优化策略。我们将探讨如何通过软硬件的协同，最大限度地降低系统的功耗，延长电池续航时间。 中断处理与实时性保障： 深入分析中断的原理，讲解如何高效地编写中断服务程序，并与操作系统相结合，确保系统的实时性。我们将讨论如何通过合理的任务优先级设计、中断嵌套控制等手段，来优化系统的响应速度。 性能分析与调优： 介绍常用的嵌入式系统性能分析工具和方法，如性能计数器、代码剖析工具等。我们将讲解如何通过对系统性能瓶颈的分析，找出软件或硬件方面存在的问题，并给出相应的优化建议。这可能包括算法的改进、数据的缓存策略、内存访问优化等。 项目实战： 本部分将结合一个完整的项目，例如一个嵌入式传感器数据采集与处理系统，来整合前述的知识点。读者将亲手实践从系统需求分析、硬件选型、原理图设计、PCB布局（概念性讲解，不深入PCB绘图）、软件开发、调试到最终优化的全过程。我们将详细展示在这个项目中，如何通过软硬件的协同设计，来解决实际问题，并实现预期的性能指标。例如，如何设计一个低功耗的传感器读取接口，以及如何高效地处理和传输采集到的数据。 第四部分：进阶主题与未来趋势 在掌握了软硬件协同设计的基础后，本部分将拓展到一些更深入的主题，并展望嵌入式系统设计的未来发展趋势。 嵌入式系统集成与测试： 探讨在大规模嵌入式系统中，如何进行有效的集成与测试。包括版本控制、自动化测试、系统级联测试等。 嵌入式系统可靠性设计： 介绍提高嵌入式系统可靠性的方法，如冗余设计、错误检测与纠正机制、容错技术等。 嵌入式AI与边缘计算： 随着人工智能技术的飞速发展，嵌入式AI和边缘计算正成为新的热点。我们将简要介绍如何在嵌入式设备上部署和运行AI模型，以及相关的开发工具和技术。 面向物联网（IoT）的嵌入式开发： 探讨在物联网时代，嵌入式系统在连接性、数据处理、安全性等方面面临的挑战和机遇，以及相应的开发模式。 本书旨在培养读者独立解决复杂嵌入式系统设计问题的能力，理解软件与硬件之间深刻的相互依赖关系，并能够通过巧妙的协同设计，最大化系统的性能、效率和可靠性。本书适合具有一定C语言基础，并对嵌入式系统开发感兴趣的初学者、在校学生，以及希望提升自身嵌入式系统设计能力的在职工程师。通过本书的学习，您将能够自信地应对各种嵌入式系统开发挑战，打造出满足实际需求的优秀产品。

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说实话，拿到这本书时，我正处于一个项目瓶颈期，急需一本能提供前沿思路和实战技巧的参考书。这本书的章节安排给我的第一印象是逻辑清晰，层层递进，从基础的硬件描述语言（HDL）特性到复杂的并行计算架构，似乎都有所涉及。我对其中关于流水线设计和并行化策略的部分抱有极高的期望。在多媒体领域，延迟和吞吐量是决定产品成败的关键指标，而FPGA的优势恰恰在于其可重构的并行处理能力。我希望看到书中能够详细阐述如何利用片上资源（如BRAM、DSP单元）来最大化数据流的效率，例如，在图像处理管线中，如何巧妙地设计状态机和数据缓冲，以避免不必要的等待周期。如果书中能附带一些成熟的IP核设计范例，比如一个高性能的JPEG解压模块或者一个简单的H.264熵编码器的简化实现，那无疑将是极大的加分项。仅仅是理论上的讨论，对于解决实际问题帮助有限，我们需要的是可借鉴、可修改的工程代码片段和背后的设计哲学。

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从一个资深硬件工程师的角度来看，一本好的参考书应当是工具箱，而不是菜谱。我希望这本书能提供更深层次的体系结构思考，而非简单的“如何调用某个IP核”。例如，在涉及大规模数据流处理时，如何平衡资源使用与性能提升之间的矛盾？书中是否讨论了不同FPGA系列（如Xilinx UltraScale+或Intel Stratix 10）的架构差异对多媒体算法实现的影响？特别是针对低功耗嵌入式系统的设计，如何通过精细的功耗门控（Power Gating）和频率调节策略，在保证实时性的前提下，将功耗控制在严格的限制之内，这是一个非常实际且复杂的问题。如果作者能分享一些他们自己团队在不同工艺节点下优化设计的心得体会，例如在资源共享和模块化设计方面的最佳实践，那这本书的价值将远远超越一般的教材水平，真正成为一本能指导我们进行复杂系统级集成的宝典。

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这本书的装帧设计着实吸引人，封面色彩的搭配与整体布局透露出一种现代感和专业性，让人在书架上第一眼就被锁定。翻开扉页，纸张的质感也相当不错，阅读起来非常舒适，即便是长时间翻阅也不会有视觉疲劳感。不过，作为一名硬件设计爱好者，我更关注的是内容与实践的结合度。从目录上看，它似乎涵盖了数字信号处理的基础理论以及如何将其映射到FPGA架构中去实现。我很期待书中能够对诸如快速傅里叶变换（FFT）或者视频编码解码中的关键算法在资源受限的FPGA上进行高效优化的案例进行深入剖析。毕竟，理论知识再扎实，如果无法在实际芯片上高效运行，那么对于工程应用而言，价值就会大打折扣。希望它不仅仅停留在算法描述的层面，而是能提供从需求分析、IP核选型到最终验证和时序收敛的全流程指导，特别是针对DDR内存接口、高速串行通信（如PCIe或Gigabit Ethernet）在FPGA上的集成处理，这才是体现“实现”二字的关键所在。期待这本书能为我们搭建起从算法到硬件的坚实桥梁。

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这本书的封面给人的感觉是偏向理论基础构建的，这让一些迫切想上手实践的读者可能会有些许犹豫。我个人更倾向于那些能够将复杂的数学模型迅速转化为可综合硬件描述的资源。对于多媒体处理而言，滤波器的实现，例如FIR或IIR滤波器，在定点运算下如何精确控制精度损失，同时保证硬件的简洁高效，是绕不开的话题。我希望书中能够详细对比不同的定点化策略在FPGA资源占用和结果精度上的权衡。此外，数据并行和任务并行在处理视频帧序列时的适用场景分析也十分重要。如果能结合最新的高层次综合（HLS）工具链，展示如何用C/C++代码来描述和优化FPGA硬件结构，对比手工编写VHDL/Verilog的优劣，那将极大地拓宽读者的工具箱，使其能更灵活地应对不断变化的项目需求。这本书如果能在这方面有所建树，无疑将是一本极具前瞻性的佳作。

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我对技术书籍的评价标准往往很苛刻，特别是这种偏向于工程实现的领域。这本书的排版看起来很专业，图表绘制得也比较规范，这至少保证了阅读体验的基础分。我尤其关注其对新兴多媒体标准的支持程度。例如，在4K/8K视频处理日益普及的今天，处理高带宽数据流对FPGA的I/O能力和内部逻辑资源的分配提出了前所未有的挑战。书中是否探讨了诸如AXI总线协议在高速数据搬运中的优化技巧？更重要的是，对于时序收敛问题，这本书是否有独特的见解或经过验证的调试流程分享？在FPGA设计中，功能仿真通过不代表硬件能稳定运行，严格的时序约束和分析是成功的基石。如果书中能提供一些“避坑指南”，分享早期设计阶段如何准确预估资源和延迟，那将比纯粹的算法介绍更有价值，因为它直接关系到项目进度的把控和最终产品的可靠性。

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