LPC900系列Flash单片机应用技术（上） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北航

作者:周立功

出品人:

页数:415

译者:

出版时间:2004-1

价格:38.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810773300

丛书系列:

图书标签:

• LPC900
• Flash单片机
• 嵌入式系统
• 应用技术
• 微控制器
• ARM
• 开发
• 电子工程
• 硬件设计
• 实践教程

深入解析嵌入式系统设计与实践：基于主流微控制器平台的应用开发指南 本书籍旨在为读者提供一个全面且深入的嵌入式系统设计与应用开发视角，重点关注当前工业界广泛使用的多种主流微控制器（MCU）平台及其相关的软硬件集成技术。我们规避了特定系列单片机的底层架构细节，转而着眼于更宏观、更具通用性的嵌入式系统开发方法论、关键技术模块的实现以及工程实践中的常见挑战与解决方案。 本书内容横跨嵌入式软件工程的多个关键层面，从硬件抽象层（HAL）的设计原则到复杂应用逻辑的实现，为读者构建一个坚实且实用的知识体系。 --- 第一部分：嵌入式系统基础理论与开发环境构建 本部分将系统性地回顾和深化嵌入式系统设计的基础知识，为后续的模块化开发奠定理论基石。 1.1 嵌入式系统架构概览与选型策略 本章将分析不同架构（如CISC/RISC对比、冯·诺依曼/哈佛结构在嵌入式中的体现）对系统性能、功耗和成本的影响。重点探讨在项目初期如何根据应用需求（实时性、内存容量、外设接口密度、功耗预算）选择合适的微控制器系列。内容将涵盖处理器内核选型考量（例如，ARM Cortex-M系列的不同子系列之间的适用场景区分），以及存储器（SRAM、Flash、EEPROM）的合理配置策略。 1.2 交叉编译环境与工具链的精细化管理 本章详细阐述构建一个高效、可复现的嵌入式开发工具链的重要性。内容包括： Toolchain的搭建与定制： 介绍如何从源代码编译GCC/Clang嵌入式工具链，并针对特定目标架构进行优化配置。 构建系统实践： 深入讲解Makefiles、CMake在嵌入式项目中的高级应用，如何实现多模块依赖管理和跨平台构建脚本的编写。 调试与仿真技术： 探讨JTAG/SWD接口的工作原理，以及如何配置和使用GDB进行远程调试。重点分析模拟器（Simulator）与硬件在环（HIL）测试的区别与应用场景。 1.3 固件的生命周期管理与Bootloader设计 本章聚焦于嵌入式代码在目标硬件上的部署和运行流程。 启动过程分析： 详细解析微控制器上电复位后的执行流程，包括初始化堆栈指针、向量表重定位、C/C++运行时环境（CRT0）的初始化工作。 Bootloader的角色与实现： 阐述Bootloader在固件升级（OTA/DFU）中的关键作用。重点介绍基于串口（UART）、USB或网络协议（如TFTP/HTTP）的安全固件加载机制设计，以及如何实现回滚保护。 --- 第二部分：底层驱动与硬件抽象层的设计艺术 本部分强调了软件工程的良好实践在嵌入式领域中的体现——即构建健壮、可移植的硬件抽象层（HAL）。 2.1 通用异步通信接口的深度实现 本章不针对任何特定型号的MCU外设寄存器，而是侧重于通信协议栈的实现原理和软件设计。 UART/USART的异步数据处理： 探讨中断驱动（Interrupt-Driven）与DMA（直接内存访问）驱动的数据收发机制的性能对比和适用场景。介绍环形缓冲区（Ring Buffer）在处理不定长数据流中的应用。 SPI与I2C总线的高效利用： 专注于总线仲裁、时序控制和错误恢复策略。如何设计一个通用的SPI驱动框架，以支持不同从设备的初始化和数据读写操作。 2.2 定时器与PWM的高级应用 本章关注时间的精确控制。内容包括： 多级定时器管理： 如何在有限的硬件定时器资源下，通过软件调度实现多个周期性任务的管理（软件定时器）。 脉冲宽度调制（PWM）的精确控制： 不仅讲解基础的占空比生成，更深入探讨如何使用互补PWM输出、死区时间控制（Dead Time Insertion）以及如何利用定时器捕获功能实现精确的外部信号测量。 2.3 存储器管理与文件系统集成 本章探讨如何在资源受限的嵌入式环境中高效地管理非易失性存储。 外部存储器接口（如SD/eMMC）： 介绍SD/eMMC协议的基本读写流程，以及FAT/exFAT文件系统的移植与驱动适配。 内部Flash的寿命管理： 讨论扇区擦写限制问题，介绍Wear Leveling（磨损均衡）算法的基本思想，以及如何设计一个逻辑扇区到物理扇区的映射层。 --- 第三部分：实时性、并发与系统级软件框架 本部分转向系统软件层面，探讨如何构建支持复杂并发操作和严格时间约束的应用程序。 3.1 实时操作系统（RTOS）的核心机制与选型 本章作为RTOS的通用指南，不涉及特定RTOS的API细节，而是聚焦于其内在原理。 任务调度算法解析： 深入分析先占式（Preemptive）、协作式（Cooperative）调度的优缺点，以及优先级继承（Priority Inheritance）和优先级天花板（Priority Ceiling）等实时性保障机制。 任务间通信（IPC）模式： 全面介绍信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）和事件组（Event Flags）的设计哲学及其在死锁预防中的应用。 3.2 异常处理与系统可靠性设计 可靠性是嵌入式系统的生命线。本章将重点讨论如何预见和应对运行时错误。 系统栈溢出检测： 介绍在软件层面检测和预防栈溢出的技术手段。 看门狗（Watchdog Timer）的合理部署： 不仅是简单复位，更探讨如何使用窗口看门狗（Windowed Watchdog）来检测软件逻辑的“卡死”状态，而非仅仅是“停滞”状态。 3.3 低功耗模式与电源管理策略 本章关注如何平衡系统性能与能耗。 功耗状态的切换： 介绍微控制器不同深度休眠模式（Sleep, Deep Sleep, Standby）的唤醒源管理和进入/退出时序要求。 动态频率调节（DVFS）的软件实现： 探讨如何基于任务负载动态调整CPU时钟频率，以优化能效比。 --- 第四部分：系统集成与工程实践 本部分总结了从原型到量产过程中必须面对的集成和测试挑战。 4.1 嵌入式系统的调试与性能分析 内存泄漏诊断： 在嵌入式C/C++环境中检测内存泄漏的有效方法，特别是针对动态内存分配（malloc/free）的追踪技术。 代码覆盖率与单元测试： 介绍如何在嵌入式环境中实施单元测试框架（如Ceptest/Unity），以及如何利用静态分析工具提高代码质量。 4.2 固件的安全加固技术 本章探讨基础的安全防护措施，以应对常见的物理和软件攻击。 代码保护与知识产权（IP）保护： 介绍防调试（Debug Lock）、防回读机制的原理和实现。 固件完整性校验： 讨论CRC校验、哈希算法在验证程序加载完整性中的应用，以及简单的软件层面的安全启动流程设计。 --- 本书籍通过上述四个维度的深入讲解，旨在为读者提供一个超越特定芯片手册限制的、面向工程实践的嵌入式系统开发方法论框架，帮助开发者构建出高性能、高可靠性且易于维护的下一代嵌入式产品。

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这本书的封面设计挺吸引人的，那种深邃的蓝色调，配合着清晰的字体，让人一眼就能感觉到这是一本技术含量比较高的专业书籍。我拿到手的时候，首先被它的厚度给“震慑”住了，感觉沉甸甸的，这通常意味着内容会非常扎实和详尽。从目录上看，涵盖了从基础架构到具体外设应用，再到一些高级调试技巧的方方面面，似乎对手册里那些晦涩难懂的章节提供了一套循序渐进的学习路径。尤其是看到章节标题中频繁出现“实战”、“深入解析”这类词汇，心中涌起一股期待，希望它能不仅仅是官方文档的重新组织，而是真正有作者多年实践经验沉淀下来的“干货”。对于初学者来说，这种结构化的引导无疑是建立起一个坚实地基的关键，而对于有经验的工程师，或许能在其中找到优化现有代码或解决疑难杂症的新思路。这本书的排版也相当不错，图文并论，关键代码块都有高亮显示，阅读起来比较不费力，这在厚重的技术手册中算是一个加分项了。总而言之，仅凭第一印象和目录结构，这本书展现出一种扎实、全面且注重实用的技术风格，让人迫不及待地想翻开内页，看看作者是如何将这些复杂的概念娓娓道来的。

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这本书的语言风格非常直白，没有太多华丽的辞藻，直奔主题，这对于我们搞硬件开发的工程师来说简直是福音。我特别欣赏作者在讲解一些核心概念时，那种抽丝剥茧的论述方式。比如在描述存储器映射和总线仲裁机制时，作者并没有停留在理论的描述上，而是结合LPC900系列芯片的实际寄存器地址和操作时序，用大量的流程图和时序图来辅助说明。这使得那些原本抽象的硬件行为变得可视化、可触摸。在处理中断服务程序的设计时，作者细致地分析了不同优先级中断嵌套时可能出现的竞态条件，并给出了几种不同的解决方案及优劣对比。这种深入到代码细节和硬件底层逻辑的剖析，远超了我之前阅读过的许多同类书籍。阅读过程中，我感觉作者不是在“教”我知识点，而是在“带着”我一起调试一个真实的系统，每一步决策都有理有据，充满了工程上的严谨性。这种沉浸式的学习体验，极大地提高了对芯片内部工作原理的理解深度，让人不再满足于“会用”，而是追求“知其所以然”。

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翻阅到关于定时器和PWM模块的应用章节时，我注意到作者在这里投入了大量的篇幅来讨论如何实现高精度的时间测量和波形发生。这一点对我来说非常实用，因为我目前正在做的项目对电机控制的时基精度要求极高。书中不仅给出了基础的配置代码，还针对如何消除因时钟抖动或软件延迟带来的误差给出了实用的“陷阱”规避指南。例如，书中详细阐述了在配置高级定时器以实现互补PWM输出时，如何精确同步上下桥臂的驱动信号，避免直通带来的损坏。此外，书中还穿插了一些关于如何利用片上资源进行低功耗设计的思考，尽管LPC900系列不是主打超低功耗的型号，但作者依然强调了在空闲时如何合理关闭外设时钟以达到节能目的的技巧。这种对应用场景的细致洞察和提前预判潜在问题的能力，充分体现了作者丰富的项目经验，让这本书的实用价值得到了显著提升，不再是空泛的理论堆砌。

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从内容组织来看，这本书的结构设计非常贴合一个完整的项目生命周期。它不是简单地罗列每个外设的功能，而是将各个模块有机地联系起来，形成一个功能强大的系统。例如，在介绍通信协议（如UART或SPI）时，作者紧接着就会展示如何将接收到的数据与内存中的缓冲区关联起来，并通过中断机制通知上层应用进行处理，而不是把通信模块和中断模块割裂开来。这种系统化的思维贯穿始终，使得读者在学习每一个单元时，都能体会到这个单元在整个单片机应用中所扮演的角色。这种由点到面的构建方式，极大地帮助读者建立起对整个芯片系统架构的宏观理解，避免了“只见树木不见森林”的困境。总而言之，这本书为希望深入掌握LPC900系列微控制器并能独立完成复杂嵌入式项目的工程师，提供了一个非常系统、深入且可操作的指引，确实值得一读。

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这本书的另一个亮点在于它对调试工具链的整合和使用方法的讲解。在现代嵌入式开发中，硬件固然重要，但高效的调试方法和工具同样是项目进度的保障。作者用了专门的章节来介绍如何使用特定的IDE环境进行断点设置、内存观察和寄存器回溯。尤其令人称道的是，书中对JTAG/SWD接口的底层协议进行了简要的介绍，这有助于我们理解为什么某些调试操作会失败，而不是简单地认为是工具链的问题。作者还提到了一些“野路子”的调试技巧，比如如何通过GPIO口“点亮”一个LED来辅助判断程序执行流程，这种贴近实际开发环境的经验分享，是教科书上绝对学不到的。通过这些章节，读者可以建立起一套完整的从代码编写、编译、下载到实际调试的闭环工作流程，极大地缩短了从理论到实际运行的距离，让学习过程更加流畅和高效。

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