ARM嵌入式微处理器体系结构及汇编语言程序设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:213

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出版时间:2010-11

价格:28.00元

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isbn号码:9787121121524

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好的，这是一本关于现代操作系统内核原理与驱动开发的图书简介，旨在为读者提供深入理解和实践操作系统核心技术的全面指南。 --- 现代操作系统内核原理与驱动开发：从基础架构到高级调试 内容概述： 本书深入探讨了现代操作系统（如Linux和类Unix系统）的内核架构、核心组件、内存管理机制、进程调度算法、同步与互斥技术，以及设备驱动程序的编写与调试方法。本书旨在跨越理论与实践的鸿沟，使读者不仅理解操作系统“是什么”，更能掌握其“如何工作”以及“如何影响应用层性能”的关键。 第一部分：操作系统内核基础与启动流程 本部分构建了对现代内核体系结构的宏观认识，并详细剖析了系统启动的复杂过程。 第1章：内核的演进与现代架构概述 从单体到微内核的演变： 分析不同内核设计范式的优缺点，重点介绍Linux单体内核的模块化设计思想。 用户态与内核态的隔离： 深入讲解保护模式（如x86-64的Ring 0和Ring 3），系统调用的工作机制，以及上下文切换的硬件支持。 内核数据结构与接口： 介绍用于管理系统资源的基石数据结构，如链表、红黑树在内核中的应用，以及模块化加载与卸载的生命周期管理。 第2章：系统引导与初始化 引导加载程序（Bootloader）： 详述BIOS/UEFI到Bootloader（如GRUB）的转换过程，包括内存地址空间的初始化和内核加载。 内核自解压与页表建立： 详细解析内核映像的解压过程，以及早期页表的建立，这是实现虚拟内存管理的前提。 早期的硬件初始化： 介绍中断描述符表（IDT）的设置、时钟源的配置，以及第一个用户态进程（init/systemd）的启动流程。 第二部分：内存管理的核心机制 内存是操作系统最宝贵的资源。本部分聚焦于如何高效、安全地管理物理和虚拟内存。 第3章：虚拟内存与分页机制 二级/三级页表的实现细节： 详细解析x86-64架构下的页表结构（PML4、PDPT、PD、PT），以及地址转换的硬件流程。 内存区域（VMA）管理： 讲解`mm_struct`和`vm_area_struct`如何描述进程的虚拟地址空间，以及`mmap`/`munmap`系统调用的内核实现。 TLB（Translation Lookaside Buffer）机制： 分析TLB的缓存作用、刷新策略（如ASID），以及缺页中断（Page Fault）的处理流程。 第4章：物理内存分配与回收 伙伴系统（Buddy System）： 深入剖析伙伴算法如何高效地分配和回收连续的物理页帧，包括合并与分裂操作的实现细节。 slab/slub分配器： 针对内核小对象分配的优化策略，讲解slab层的缓存机制，如何减少内存碎片和提高分配速度。 内存回收（Writeback与Swapping）： 介绍内核如何通过LRU（Least Recently Used）算法回收页缓存，以及何时触发交换操作将不活跃内存页置换到磁盘。 第三部分：进程与线程管理 本部分聚焦于操作系统如何调度和管理并发执行的实体。 第5章：进程与任务结构 `task_struct`的深度剖析： 详细分析Linux进程描述符的结构，包括上下文保存、状态标志、内存信息和文件描述符的管理。 进程的创建与销毁： 深入理解`fork()`的写时复制（Copy-on-Write, CoW）优化，以及`execve()`如何替换进程地址空间。 线程模型的实现： 探讨内核如何通过共享`mm_struct`和`fs_struct`来实现用户级线程（NPTL模型），以及内核线程与用户线程的区别。 第6章：高级调度算法 CFS（Completely Fair Scheduler）的原理： 详解CFS如何利用红黑树管理可运行进程，并基于“虚拟运行时间”（vruntime）实现公平性。 调度实体与调度类： 分析不同调度类（实时、友好度）的优先级继承机制，以及抢占点（Preemption Points）的控制。 中断延迟与调度延迟： 研究高优先级任务如何影响系统响应时间，以及内核锁对调度的影响。 第四部分：并发控制与同步原语 理解并发编程中的竞态条件是编写健壮内核代码的关键。 第7章：自旋锁与信号量 自旋锁（Spinlocks）的硬件基础： 讲解原子操作（如Test-and-Set）如何确保锁的互斥性，以及不应该在中断禁用情况下长时间持有自旋锁的原因。 信号量（Semaphores）与互斥体（Mutexes）： 比较信号量与互斥体的适用场景，重点分析当等待进程需要睡眠时内核的实现机制。 RCU（Read-Copy-Update）： 深入讲解RCU机制如何支持无锁读取，并分析其在内核广泛应用中的生命周期管理和同步点。 第8章：中断处理与下半部机制 中断描述符表与中断向量： 阐述硬件中断如何映射到内核中的特定处理函数。 软中断、任务let与工作队列（Workqueues）： 详细对比这三种下半部机制的调度特性、执行环境限制，以及何时应选用哪一种。 定时器（Timers）与延迟函数： 分析高精度事件的实现，如`hrtimer`框架，以及在中断处理程序中应避免执行耗时操作的原则。 第五部分：设备驱动程序开发与调试 本部分将理论应用于实践，指导读者如何与硬件交互。 第9章：字符设备驱动模型 CDEV注册与文件操作： 讲解如何使用`file_operations`结构体实现`open`、`read`、`write`等标准系统调用接口。 并发访问控制： 在驱动程序中正确使用锁机制保护共享资源，避免数据损坏。 用户空间与内核空间的数据传输： 深入对比`read`/`write`、`ioctl`、`mmap`在内核和用户空间之间数据安全高效传输的策略。 第10章：I/O内存与DMA I/O内存（MMIO）的访问： 讲解如何使用`ioremap`将物理设备寄存器映射到内核虚拟地址空间，并使用`readl`/`writel`访问。 直接内存访问（DMA）的原理： 阐述DMA如何绕过CPU进行数据传输，并详细介绍总线架构中DMA的挑战。 DMA缓冲区管理： 讨论一致性DMA与非一致性DMA的区别，以及内核如何管理缓存一致性问题（如`dma_sync_single_for_cpu`）。 第11章：高级调试与故障排除 内核调试工具链： 掌握`printk`的高级用法，使用`ftrace`进行性能跟踪，以及利用`kdb`/`kgdb`进行断点调试。 KASAN与内存错误检测： 学习使用内存校验工具来捕获使用后释放（UAF）或越界访问等常见内核编程错误。 系统崩溃分析： 理解内核崩溃转储（`vmcore`）的生成过程，并学会使用`crash`工具分析死锁、栈溢出和硬件异常。 --- 本书特色： 本书结合了大量的源代码示例（主要基于Linux内核最新稳定版），并附带了用于演示关键机制的驱动程序代码。读者在学习理论的同时，将同步接触到实际内核代码的实现细节，实现真正的“知其然，知其所以然”。本书适合有一定C语言基础，并希望深入操作系统底层，从事驱动开发、内核定制或系统性能优化的专业工程师和高年级学生阅读。

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坦白说，初次接触这本书时，我对“汇编语言程序设计”的部分抱持着一种敬而远之的态度，总觉得那是专业工程师的专属领域，我们这些做上层应用开发的，了解个大概就够了。然而，这本书成功地扭转了我的看法。它并非那种枯燥乏味的指令手册，而是更像一位经验丰富的导师在手把手教你如何与机器“对话”。作者对于不同寻常的寻址模式讲解得尤为细致，那些看似拗口的术语，经过作者的层层剥茧，最终都化为清晰的逻辑路径。我记得有一次为了调试一个底层驱动的小问题，我花了整整一下午去研究书中关于堆栈操作的那一节，最终豁然开朗，发现问题的根源竟然在于一个我忽略已久的字对齐问题。这种通过深入理解汇编，从而解决实际工程难题的体验，是阅读任何高级语言教程都无法给予的成就感。这本书的价值，就在于它让你真正拥有了“向下看”的能力，而不是永远停留在API的表面。

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这本书的封面设计乍一看就透露出一种硬核的气息，那种深蓝色的背景配上清晰的白色字体，让人联想到精密仪器的内部构造。我最初是冲着“体系结构”这几个字去的，因为我对底层硬件的理解一直比较模糊，总觉得那些寄存器和总线像是一堆复杂的符号。翻开目录，看到那些诸如“流水线技术”、“异常与中断处理”之类的章节时，心里既兴奋又有点忐忑。这本书的叙事方式很直接，没有过多的理论铺垫，上来就切入到ARM指令集的实际操作层面。我特别欣赏作者在讲解某个指令时，会立即配上一个简短但直击核心的汇编代码示例，这种“即学即用”的节奏感，极大地降低了初学者的学习门槛。读完前几章，我对CPU如何调度任务、数据是如何在内存和寄存器之间流转的理解有了质的飞跃，不再是空中楼阁般的想象，而是能清晰地在脑海中勾勒出那个微小世界的工作流程。尤其是在处理那些涉及到位操作和内存映射的章节时，作者的图示简直是神来之笔，把原本抽象的概念具象化了。

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从一个深度爱好者的角度来看，这本书的价值在于其前瞻性和系统性。它不仅仅是针对某一个特定型号的处理器进行讲解，而是将ARM架构的核心设计理念进行了提炼和总结，使得即使未来出现新的ARM核心，读者也能迅速掌握其变化和不变的部分。我特别喜欢书中对不同特权级别（User, Supervisor, System等）的详细划分和权限管理的阐述，这在涉及安全性和操作系统内核开发时显得尤为重要。这本书的语言风格沉稳大气，逻辑链条清晰到几乎无可挑剔。它不哗众取宠，不追求新潮的噱头，而是专注于打磨最核心的基础知识。当你合上书本，合上书本后，你会发现自己看待代码的方式都变了——你看待的不再是屏幕上的字符，而是那些在硅片上高速奔跑的电子流，这种由内而外的认知转变，是任何速成班都无法给予的。

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这本书的排版和用词风格非常严谨，透着一股学院派的扎实感，但又不像某些学术著作那样晦涩难懂。作者在行文中极少使用浮夸的形容词，一切皆以事实和逻辑为准绳。比如在介绍Cortex-M系列处理器的特有功能时，作者会非常精准地引用相关的技术规范，保证了信息的权威性。我发现这本书的难点在于它的信息密度极高，每一页都塞满了需要消化吸收的内容。这意味着你不能指望囫囵吞枣地读完，必须得放慢速度，手边常备纸笔，随时停下来画图或者演算。我个人体会最深的是关于缓存一致性和内存屏障那几章，那部分内容即便是对于有一定经验的开发者来说也颇具挑战性，但作者并没有因此而简化处理，而是用了一种近乎教科书式的严密逻辑，带着读者一步步推导，最终让人能够接受其复杂性。这种对细节毫不妥协的态度，正是区分一本普通参考书和一本经典教材的关键所在。

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这本书给我最大的惊喜，是它在体系结构讲解和实际编程实践之间搭建了一座坚实的桥梁。很多教材要么是纯理论的纸上谈兵，要么是只讲皮毛的“快速入门”。而这本书，它完美地融合了两者。例如，当讲到中断向量表时，作者不仅会告诉你它在哪里，还会通过一个实际的例子演示，当一个外部中断发生时，程序计数器是如何跳转、上下文是如何保存和恢复的。这种对“运行期”行为的深度剖析，让我对实时系统的设计有了更深刻的理解。此外，书中关于编译器优化对底层代码的影响也有所涉及，这对于编写高效、可预测的嵌入式代码至关重要。读完这本书，我感觉自己不再是被动地使用工具，而是开始真正理解并驾驭这些工具背后的底层逻辑，这对于任何想在嵌入式领域深耕的人来说，都是一笔无价的财富。

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