USB 2.0硬件设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:萧世文

出品人:

页数:331

译者:

出版时间:2002-10

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787302059370

丛书系列:

图书标签:

• USB
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• 硬件设计
• 接口技术
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• 数据传输
• 电路设计
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好的，这是一份关于另一本图书的详细简介，该书内容与“USB 2.0 硬件设计”无关，专注于嵌入式系统中的实时操作系统（RTOS）原理与实践。 --- 嵌入式系统实时操作系统（RTOS）原理与高级应用 图书描述： 在当今快速迭代的嵌入式系统开发领域，对确定性、低延迟和高可靠性的要求已成为行业标准。本书《嵌入式系统实时操作系统（RTOS）原理与高级应用》旨在为工程师和高级学生提供一套全面、深入且极具实战指导意义的RTOS知识体系。它不仅仅是某一特定RTOS的API手册，而是深入剖析了实时操作系统的内核机制、调度算法的精妙之处，以及如何在资源受限的环境中实现高效、稳定的并发控制。 本书内容涵盖了从最基础的RTOS概念到前沿的系统级优化策略，确保读者能够构建出满足苛刻实时性要求的复杂嵌入式应用。我们假定读者已具备C语言编程基础和对微控制器架构（如ARM Cortex-M系列）的基本了解。 第一部分：RTOS 基础与内核架构（The Core Foundation） 本部分奠定了理解所有现代RTOS的基础，着重于为什么需要实时内核，以及内核是如何管理有限资源的。 第一章：实时系统的本质与挑战 1.1 实时系统的定义：硬实时、软实时与非实时系统的关键区别。 1.2 时间确定性：抖动（Jitter）、截止时间（Deadline）与响应时间分析的引入。 1.3 嵌入式系统中的资源约束：内存、闪存、CPU周期与功耗的平衡艺术。 1.4 操作系统层级：从裸机（Bare Metal）到轻量级内核的演进路径。 第二章：任务管理与上下文切换 2.1 任务（Task）的生命周期：创建、就绪、运行、阻塞与终止。 2.2 任务控制块（TCB）：结构解析与关键状态变量的维护。 2.3 上下文切换（Context Switching）：硬件堆栈帧的保存与恢复机制详解。 2.4 汇编级视角：深入理解中断服务程序（ISR）与任务切换的协同作用。 第三章：调度算法的精妙设计 3.1 静态优先级与动态优先级调度策略对比。 3.2 固定优先级抢占式调度（FPPS）：原理、优势与优先级反转（Priority Inversion）问题的出现。 3.3 轮转（Round-Robin）与时间片分配：在多任务协作中的作用。 3.4 速率单调调度（RMS）：理论基础、适用条件及极限分析。 3.5 最早截止时间优先（EDF）：动态调度算法的复杂性与应用场景。 3.6 调度器实现细节：如何高效地维护就绪任务列表（Ready List）。 第二部分：并发控制与同步机制（Concurrency and Synchronization） 本部分是RTOS的灵魂所在，探讨了如何安全地共享数据和资源，是防止系统崩溃和数据损坏的关键技术。 第四章：临界区与原子操作 4.1 什么是临界区（Critical Section）？软件层面的保护需求。 4.2 禁用/使能中断：最低成本的临界区保护方式及其局限性。 4.3 硬件支持的原子操作：Load-Exclusive/Store-Exclusive（LL/SC）在多核系统中的应用。 第五章：信号量（Semaphores）的深度剖析 5.1 二值信号量（Binary Semaphore）：用作互斥锁（Mutex）的实现细节与陷阱。 5.2 计数信号量（Counting Semaphore）：用于资源池管理的实践。 5.3 信号量的副作用：死锁（Deadlock）的识别、预防与检测机制。 第六章：互斥锁（Mutex）与优先级继承 6.1 互斥锁与二值信号量的功能差异辨析。 6.2 优先级反转的解决方案：优先级继承（Priority Inheritance）协议的详细流程与代码级实现分析。 6.3 优先级天花板（Priority Ceiling）协议：理论推导与在复杂系统中的性能权衡。 第七章：事件标志组与消息队列 7.1 事件标志组（Event Flags）：多任务间基于位图的异步通知机制。 7.2 消息队列（Message Queues）：有界缓冲区的实现、发送/接收阻塞机制。 7.3 数据传输的安全考量：消息拷贝的开销与零拷贝（Zero-Copy）的替代方案。 第三部分：内存管理与系统服务（Memory and System Services） 本部分关注RTOS如何管理动态内存，以及提供哪些核心服务来支撑应用程序的运行。 第八章：RTOS 内存池管理 8.1 动态内存分配的固有风险：碎片化（Fragmentation）与内存泄漏。 8.2 静态内存池（Static Memory Pools）：预分配策略与快速分配/释放。 8.3 动态堆（Heap）管理器：如`malloc`/`free`在实时环境中的不适用性分析。 8.4 内存保护单元（MPU）：如何利用硬件实现内存隔离，提高系统健壮性。 第九章：时钟管理与定时器 9.1 系统节拍（System Tick）：高精度时钟源的选择与配置（如SysTick/Low-Power Timers）。 9.2 软件定时器（Software Timers）：与硬件定时器的区别、精度限制与周期性执行的管理。 9.3 时间服务：获取当前时间、延迟函数与超时处理。 第十章：中断服务程序（ISR）与延迟容忍 10.1 ISR的设计原则：最小化执行时间（Top Half/Bottom Half 模式）。 10.2 从ISR安全唤醒任务：使用“Deferred Interrupt Processing”技术。 10.3 提高中断延迟的性能：禁用中断区域的最大容忍度计算。 第四部分：高级主题与系统优化（Advanced Topics and Optimization） 本部分面向寻求更高性能、更小体积和更强稳定性的专业工程师。 第十一章：多核与异构系统中的RTOS 11.1 对称多处理（SMP）与非对称多处理（AMP）架构下的调度挑战。 11.2 跨核通信机制：共享内存与消息传递的同步挑战。 11.3 缓存一致性（Cache Coherency）对实时任务执行的影响。 第十二章：RTOS 性能分析与调试 12.1 静态分析：通过数学模型预测最坏执行时间（WCET）。 12.2 动态分析：追踪工具的使用（如J-Link/ST-Link的SWV/ETM），分析任务切换开销。 12.3 实时观测：利用示波器或逻辑分析仪验证任务间同步时序。 12.4 功耗优化：任务休眠（Idle Task）的深度分析与低功耗模式的集成。 第十三章：RTOS 在特定领域（如工业控制/医疗）的应用模式 13.1 功能安全标准（如IEC 61508）对RTOS选型和实现的要求。 13.2 确定性通信协议栈（如EtherCAT或CANopen）与RTOS内核的集成。 13.3 故障恢复与看门狗（Watchdog）机制在实时系统中的部署。 --- 目标读者： 嵌入式软件工程师，特别是从事需要高可靠性、高实时性系统的开发者（如物联网关、工业自动化、机器人控制）。 熟悉C语言，希望从裸机开发转向成熟实时操作系统的开发者。 计算机科学或电子工程专业的高年级本科生和研究生，需要深入理解操作系统内核原理。 本书特色： 本书采用原理先行，代码印证的教学方式。对于每一个核心概念（如优先级继承、内存池算法），不仅会提供清晰的理论推导，还会附带针对主流开源RTOS（如FreeRTOS或Zephyr）内核源码片段的结构化分析，帮助读者理解概念是如何转化为实际可运行代码的。大量的陷阱提示和性能优化建议穿插其中，确保读者在实际项目中能够规避常见错误，构建出高性能、可维护的嵌入式实时应用。

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这本书的排版和装帧实在是一绝，拿到手上就有种沉甸甸的质感，封面设计简洁大气，一看就知道是正经的专业书籍。我个人非常注重阅读体验，这本书的纸张厚度适中，油墨印刷清晰锐利，即便是长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。更难得的是，它在图文排布上做了大量的优化，那些复杂的电路原理图和PCB布局图，竟然能被处理得井井有条，每一个细节都标注得清清楚楚，这对于我们搞硬件的人来说简直是福音。我尤其欣赏作者在引用行业标准和规范时的严谨态度，每一处引用的地方都有据可查，这无疑大大增加了内容的权威性和可信度。随便翻开任何一页，都能感受到作者在细节打磨上的用心良苦，那种对技术细节的尊重和对读者体验的关怀，是很多技术书籍所缺乏的。这本书的装帧风格，更像是一件精美的工艺品，而不是冰冷的工具书，让人爱不释手。

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坦率地说，市面上讲解USB 2.0的资料很多，但真正能做到深入浅出、实用性极强的，少之又少。这本书的实用性体现在它对测试和验证环节的重视。作者没有止步于“如何设计”，更着重于“如何证明你的设计是正确的”。关于测试夹具的选择、信号质量的测量标准以及常见故障的排查步骤，都有详尽的论述。我特别赞赏其中关于故障注入和鲁棒性测试的部分，这些内容往往是教科书和初级指南会忽略的“黑箱”知识。通过阅读这些内容，我能更清晰地知道，在实际量产前，哪些环节最容易出现意想不到的问题，以及应该用何种工具链去捕捉它们。这本书为我提供了一整套从设计到验证的闭环思维模型，让我的工作流程更加系统化和专业化，极大提升了我的工作效率和最终产品的可靠性。

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这本书的行文风格非常具有个人色彩，它不像某些技术文档那样板着面孔，而是带着一种老工程师对后辈的循循善诱。语言流畅，逻辑推进自然，读起来有一种被引导着一步步探索新领域的愉悦感。我喜欢它在关键概念解释时所采用的比喻和类比，这些比喻非常贴切，能瞬间将抽象的电子概念转化为易于理解的物理模型。例如，它对差分信号平衡性的解释，那种生动的描述，让我立刻就能在脑海中构建出信号在传输线上的动态变化。此外，书中穿插的一些设计“陷阱”和“经验教训”，简直是金玉良言，这些都是作者在多年实践中用时间甚至金钱换来的智慧结晶，对于我们这些仍在“踩坑”的工程师来说，价值千金。阅读这本书，就像是请了一位经验丰富的导师在身边手把手教学，轻松又不失专业性。

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作为一名资深的嵌入式工程师，我阅读了市面上大量的硬件设计参考资料，但真正能触及底层、深入剖析协议细节的著作却凤毛麟角。这本书在讲解数据传输机制时，没有停留在教科书式的概念描述，而是真正走进了芯片内部的寄存器和时序逻辑层面。我特别留意了它对信号完整性（SI）和电源完整性（PI）的探讨，作者采用了一种非常实用的方法论，将理论知识与实际调试案例紧密结合。比如，书中对眼图分析和抖动（Jitter）处理的章节，提供了一套可操作的、可复现的分析流程，这比那些只谈理论公式的书籍要高明得多。对我而言，这本书的价值就在于它提供了一种“解决问题”的思维框架，而不是简单地罗列“是什么”。它教会我如何去预判设计中的潜在风险，如何在早期阶段就将这些风险扼杀在摇篮之中，这种前瞻性的设计思想，对我后续的项目指导意义非凡。

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说实话，我一开始有点担心这本专注于特定接口协议的书籍会不会过于狭隘，毕竟技术发展日新月异。然而，这本书的广度和深度超出了我的预期。它不仅仅局限于USB 2.0规范本身，更将其置于整个PC架构和外设生态系统中去考量。作者花了不少篇幅讨论了不同主控芯片在实现层上的差异化设计，这对于我们进行跨平台兼容性开发至关重要。我惊喜地发现，书中对软件驱动层与硬件寄存器交互部分的描述也相当到位，这在纯硬件书籍中是比较少见的。它搭建了一个非常完整的知识体系，从物理层的电平定义到软件栈的枚举过程，逻辑清晰，过渡自然。这种宏观视野与微观细节兼顾的写作手法，使得这本书不仅适合初学者入门，对于我们这些需要进行深度定制和故障排查的资深工程师来说，也是一本不可多得的案头参考宝典。

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