Embedded Software Development with eCos pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Prentice Hall PTR

作者:Anthony J. Massa

出品人:

页数:399

译者:

出版时间:2002-12-05

价格:USD 49.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780130354730

丛书系列:Bruce Perens' Open Source Series

图书标签:

• Embedded
• EECS
• bootloader
• 嵌入式系统
• eCos
• 实时操作系统
• 嵌入式软件
• 开发
• C语言
• ARM
• 微控制器
• 操作系统
• 嵌入式开发

《嵌入式系统设计与实践：基于RTOS的开发策略》 前言 在当今万物互联的时代，嵌入式系统已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。其核心在于在资源受限的硬件平台上实现高效、可靠的软件功能。本书旨在深入探讨嵌入式系统软件开发的各个关键环节，提供一套系统性的方法论和实践指导，帮助开发者构建高性能、低功耗、高稳定性的嵌入式产品。我们将聚焦于实时操作系统（RTOS）在嵌入式系统中的应用，剖析RTOS的设计理念、核心机制及其在实际项目中的部署与优化。 第一章：嵌入式系统概述与RTOS基础 本章将首先对嵌入式系统进行全面介绍，阐述其定义、特点、组成部分以及在不同领域的典型应用。我们将讨论嵌入式系统与通用计算系统的区别，强调其对实时性、可靠性、功耗和成本的严苛要求。 随后，我们将引入实时操作系统（RTOS）的概念，解释RTOS在嵌入式开发中的重要性。RTOS的核心在于其时间管理能力，能够精确控制任务的执行时序，满足实时响应的需求。本章将详细讲解RTOS的基本概念，包括： 任务（Task）/线程（Thread）： 嵌入式系统中并发执行的基本单元，其生命周期管理、上下文切换等机制。 调度器（Scheduler）： RTOS的核心组件，负责决定哪个任务在何时获得CPU使用权。我们将探讨不同的调度算法，如优先级调度、轮转调度、速率单调调度等，以及它们在不同应用场景下的适用性。 同步与通信机制（Synchronization and Communication Mechanisms）： 解决多任务并发执行时可能出现的资源竞争和数据共享问题。我们将深入讲解互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件标志（Event Flags）、消息队列（Message Queue）、邮箱（Mailbox）等同步与通信原语的原理、使用方法和典型应用场景。 中断处理（Interrupt Handling）： 嵌入式系统与外部事件交互的关键。本章将阐述中断的产生、中断服务程序的编写、中断优先级、中断嵌套等概念，以及如何与RTOS协同工作。 内存管理（Memory Management）： 嵌入式系统通常资源有限，高效的内存管理至关重要。我们将讨论静态内存分配、动态内存分配（包括内存池、伙伴系统等）、内存碎片问题及其规避策略。 第二章：嵌入式系统硬件平台与开发环境搭建 理解嵌入式系统的硬件特性是进行有效软件开发的前提。本章将介绍嵌入式系统常见的微控制器（MCU）和微处理器（MPU）架构，如ARM Cortex-M、ARM Cortex-A等，以及它们在指令集、内存架构、外设接口等方面的特点。我们将重点关注嵌入式开发中常用的外设，例如GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC、定时器、PWM等，并阐述它们在软件中的配置与控制方法。 此外，本章还将详细介绍嵌入式开发环境的搭建过程。这包括： 交叉编译环境（Cross-Compilation Environment）： 如何设置主机（PC）上的开发工具链，以便为目标嵌入式平台生成可执行代码。我们将介绍GCC、Clang等编译器，以及GDB等调试器在交叉编译环境下的配置。 集成开发环境（IDE）： 介绍常见的嵌入式IDE，如Eclipse CDT、Keil MDK、IAR Embedded Workbench等，以及它们在代码编辑、编译、下载、调试等方面的功能。 仿真器与调试器（Simulators and Debuggers）： 讲解JTAG、SWD等硬件调试接口的工作原理，以及如何利用仿真器和调试器进行代码调试、性能分析和故障排查。 版本控制系统（Version Control System）： 强调Git等版本控制系统在团队协作和代码管理中的重要性。 第三章：RTOS应用开发核心技术 在掌握了RTOS基础理论和开发环境后，本章将深入探讨RTOS在实际应用开发中的核心技术。 任务创建与管理： 学习如何根据系统功能需求，合理地划分任务，定义任务的优先级、堆栈大小以及启动参数。掌握任务的创建、删除、挂起、恢复等操作。 实时任务设计模式： 介绍几种常用的实时任务设计模式，如生产者-消费者模式（Producer-Consumer）、生产者-消费者模式（Reader-Writer）、有限状态机（Finite State Machine）等，并结合实际案例分析其应用。 事件驱动编程（Event-Driven Programming）： 讲解如何利用RTOS提供的事件机制，构建响应式系统。当特定事件发生时，触发相应的任务或处理逻辑。 定时器与延时（Timers and Delays）： 深入理解RTOS提供的不同类型的定时器（如周期定时器、单次定时器），以及它们与任务执行的关系。掌握不同粒度的延时方法，并分析其对系统性能的影响。 资源共享与互斥访问： 详细演示如何使用互斥锁、信号量等机制，安全地访问共享资源（如全局变量、硬件外设），防止数据不一致和竞态条件。 多任务通信策略： 深入分析消息队列、事件标志、信号量等通信机制，以及它们在任务间传递数据、通知状态方面的不同适用场景。 第四章：嵌入式系统中的外设驱动开发 对硬件外设的精细控制是嵌入式系统软件的关键组成部分。本章将重点讲解如何为嵌入式系统开发高效、可靠的外设驱动程序。 驱动程序分层模型： 介绍驱动程序常用的分层结构，如底层硬件抽象层（HAL）、中间件层和应用接口层，以提高代码的可移植性和可维护性。 GPIO驱动： 学习如何配置GPIO引脚为输入、输出模式，设置上拉、下拉电阻，以及实现简单的IO控制。 UART/USART驱动： 讲解串行通信的基本原理，包括波特率、数据位、停止位、校验位等，以及如何实现发送和接收数据的功能。我们将讨论中断驱动和DMA驱动的UART实现方式。 SPI/I2C驱动： 介绍同步串行通信（SPI）和半双工串行通信（I2C）的协议，以及如何利用它们与各种传感器、存储器、显示器等外设进行数据交换。 ADC/DAC驱动： 讲解模拟-数字转换（ADC）和数字-模拟转换（DAC）的原理，以及如何配置和读取ADC采样值，或生成DAC输出信号。 定时器与PWM驱动： 深入分析通用定时器的功能，如计数、溢出中断、输入捕获、输出比较等。讲解脉冲宽度调制（PWM）技术的原理及其在电机控制、LED亮度调节等方面的应用。 中断服务程序（ISR）设计： 强调ISR的编写规范，要求其尽可能简洁高效，避免在ISR中执行耗时操作，以及如何安全地与RTOS任务进行交互。 第五章：嵌入式系统调试与优化 高效的调试和优化是确保嵌入式系统稳定运行和满足性能要求的关键。本章将提供一系列实用的调试和优化技巧。 调试技术： 断点与单步执行： 讲解如何在IDE中设置断点，进行代码单步执行、观察变量值。 观察窗口（Watch Window）： 如何实时监控变量的变化。 内存查看与修改： 如何查看和修改内存中的数据。 逻辑分析仪与示波器： 结合硬件工具，分析信号时序问题。 printf调试（Debug Print）： 简单有效的调试方法，但要注意其对实时性的影响。 RTOS调试工具： 介绍RTOS提供的任务状态查看、堆栈使用情况分析、事件跟踪等调试功能。 性能分析与优化： 代码性能度量： 如何度量函数执行时间，识别性能瓶颈。 CPU负载分析： 监控CPU在不同任务间的分配情况。 内存使用优化： 减少内存占用，避免内存泄漏。 功耗优化策略： 介绍低功耗模式、时钟门控、动态电压频率调整（DVFS）等技术。 中断响应时间优化： 减少中断延迟。 算法优化： 对关键算法进行效率提升。 错误处理与异常管理： 断言（Assertions）： 在开发过程中用于检查程序逻辑错误。 错误码与返回值： 合理设计函数的返回值，以便应用层能够处理错误。 看门狗（Watchdog Timer）： 防止系统死锁，实现系统自动重启。 异常处理机制： 了解硬件异常（如总线错误、非法指令）和软件异常的处理方式。 第六章：嵌入式系统通信协议与网络接入 现代嵌入式系统越来越需要与其他设备或云端进行通信。本章将探讨嵌入式系统常用的通信协议。 串行通信协议： 进一步深入UART、SPI、I2C等协议的应用，并结合实际场景进行开发。 网络通信协议： TCP/IP协议栈： 介绍在嵌入式系统中实现TCP/IP协议栈的常用方案，如lwIP。讲解Socket编程的基本概念，实现客户端与服务器端的通信。 HTTP/HTTPS： 如何在嵌入式设备上实现HTTP客户端或服务器，与Web服务进行交互。 MQTT： 介绍轻量级的发布/订阅消息协议，适用于物联网设备间的通信。 CoAP： 介绍专为受限网络设计的RESTful通信协议。 无线通信协议： Wi-Fi： 嵌入式设备接入Wi-Fi网络的配置与开发。 Bluetooth/BLE： 低功耗蓝牙在嵌入式设备中的应用。 LoRa/NB-IoT： 针对长距离、低功耗物联网通信的协议。 第七章：嵌入式系统安全性设计 随着嵌入式系统应用范围的扩大，其安全性也变得日益重要。本章将探讨嵌入式系统的安全性设计考量。 安全威胁分析： 识别嵌入式系统可能面临的各种安全威胁，如物理攻击、网络攻击、软件漏洞等。 安全编码实践： 介绍安全编码原则，如输入验证、避免缓冲区溢出、最小权限原则等。 加密与解密： 讲解对称加密、非对称加密、哈希函数等基本概念，以及如何在嵌入式系统中应用它们来保护数据。 身份验证与访问控制： 如何实现设备身份的认证，以及对关键资源的访问控制。 安全固件升级（Secure Firmware Update）： 确保固件在传输和更新过程中的安全性，防止恶意固件被注入。 信任根（Root of Trust）： 讲解如何在硬件层面建立安全信任链。 第八章：嵌入式系统高级主题与未来展望 本章将探讨一些更高级的嵌入式开发主题，并对嵌入式系统未来的发展趋势进行展望。 嵌入式Linux开发： 介绍在高性能嵌入式系统上使用Linux操作系统，及其在驱动开发、应用程序开发、系统配置等方面的特点。 实时Linux（Real-time Linux）： 探讨如何为Linux内核打补丁，使其满足硬实时需求。 容器化技术（如Docker）： 在嵌入式系统中使用容器化技术进行应用部署和管理。 嵌入式人工智能（Edge AI）： 探讨在嵌入式设备上运行机器学习模型的挑战与机遇。 嵌入式系统测试： 单元测试、集成测试、系统测试在嵌入式开发中的重要性。 DevOps在嵌入式开发中的应用： 持续集成/持续部署（CI/CD）流水线在嵌入式项目中的实践。 附录 嵌入式开发常用术语表 推荐参考资料 附带代码示例（可选） 结语 本书通过理论讲解与实践指导相结合的方式，力求为读者构建一套完整的嵌入式系统软件开发知识体系。我们希望通过本书的学习，开发者能够更自信、更高效地应对嵌入式项目中的各种挑战，创造出更多优秀的嵌入式产品。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

A good book for a beginner in eCos and embedded developing!!

评分☆☆☆☆☆

A good book for a beginner in eCos and embedded developing!!

评分☆☆☆☆☆

A good book for a beginner in eCos and embedded developing!!

评分☆☆☆☆☆

mutex/semaphore, spinlock讲得很不错。另外ecos还有一些自己的结构，flag有点意思。

评分☆☆☆☆☆

mutex/semaphore, spinlock讲得很不错。另外ecos还有一些自己的结构，flag有点意思。