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出版者:电子工业

作者:李慕莹

出品人:

页数:356

译者:

出版时间:2001-9-1

价格:28.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505368682

丛书系列:

图书标签:

• Windows2000
• 组网
• 网络教程
• Windows Server
• TCP/IP
• Active Directory
• DNS
• DHCP
• 网络管理
• 系统管理
• IT技术

好的，这是一份关于其他技术领域的图书简介，严格遵循您的要求，不涉及《Windows 2000 组网教程》的内容，力求详实且自然： --- 《现代嵌入式系统设计与实践：基于 ARM Cortex-M 架构的深度解析》 导言：迈向万物互联的基石 随着物联网（IoT）、可穿戴设备以及工业自动化领域的飞速发展，对高效、低功耗、高性能的嵌入式系统的需求达到了前所未有的高度。传统的微控制器（MCU）正在被更强大的系统级芯片（SoC）所取代。本书《现代嵌入式系统设计与实践：基于 ARM Cortex-M 架构的深度解析》正是为应对这一技术浪潮而编写的，它将带领读者从底层硬件原理深入到复杂的实时操作系统（RTOS）应用，构建坚实、全面的嵌入式系统开发能力。 本书的核心聚焦于当前市场上应用最为广泛、生态系统最为成熟的 ARM Cortex-M 系列处理器架构（包括 M0, M3, M4, M7 等内核）。我们不仅停留在 API 调用层面，更深入剖析了这些芯片背后的体系结构、中断机制以及内存管理单元（MPU）的工作原理，确保读者能够理解“为什么”代码会以特定的方式运行。 --- 第一部分：基础理论与硬件架构的深层理解 本部分旨在为读者打下坚实的理论基础，这是进行复杂嵌入式项目开发不可或缺的前提。 第 1 章：嵌入式系统的本质与演进 本章首先界定了嵌入式系统的核心特征（实时性、资源受限性、可靠性），并追溯了其发展历程。重点对比了不同类型的微控制器（如 AVR、PIC、以及 ARM 家族）在性能、功耗和生态系统上的差异。我们详细解析了 冯·诺依曼结构 与 哈佛结构 在 MCU 设计中的应用取舍，为后续的 Cortex-M 架构学习做铺垫。 第 2 章：ARM Cortex-M 处理器架构详解 这是本书的理论核心之一。我们将对 Cortex-M 内核的 指令集架构（ISA） 进行详尽的剖析，重点讲解 Thumb-2 指令集如何平衡代码密度与执行效率。 寄存器组与堆栈帧结构：详细图解 R0-R15 的功能、MSP 与 PSP 的切换机制，以及过程调用标准（Procedure Call Standard for ARM Architecture - AAPCS）在 C 语言函数调用中的实际影响。 总线接口与内存映射：深入探讨 AMBA 协议（特别是 AHB/APB 桥接）在系统集成中的作用。读者将学习如何通过内存映射寄存器（MMIO）与片上外设进行通信。 嵌套向量中断控制器（NVIC）：这是实时系统的关键。本章将详述中断优先级、抢占机制、向量表设计、以及如何有效利用中断后处理（Tail-Chaining）来提升中断响应速度。我们还会讨论系统控制块（SCB）中的关键特性，如系统Tick定时器（SysTick）。 第 3 章：底层驱动与启动流程剖析 本章将实践理论知识，聚焦于芯片上电后的“第一行代码”。 启动序列（Startup Code）：详细分析汇编语言编写的启动代码如何初始化堆栈、数据段（.data, .bss）的复制与清零，以及最终跳转到 `main()` 函数的全过程。 时钟树配置与功耗管理：讲解 PLL（锁相环）的工作原理，如何从外部晶振生成系统所需的多个工作时钟（HCLK, PCLK, ACLK）。同时，介绍各种低功耗模式（Sleep, Stop, Standby）的功耗指标和唤醒机制。 通用输入输出（GPIO）的精细控制：超越简单的输入/输出设置，深入探讨端口配置中的下拉/上拉电阻、开漏/推挽输出模式的选择，以及去抖动（Debouncing）的软件与硬件实现。 --- 第二部分：核心外设接口与数据交互 本部分将重点放在如何高效利用 MCU 上的关键集成外设，实现系统级的数据采集与通信。 第 4 章：定时器、脉冲宽度调制（PWM）与捕获 定时器是嵌入式系统的心脏。本章不仅介绍通用定时器（TIM）的基本计数模式，更侧重于高级控制： PWM 发生：如何精确控制占空比和频率，用于电机驱动（FOC）和电源管理。 输入捕获：利用定时器配合外部中断或 DMA，实现对外部信号（如编码器脉冲、脉冲宽度测量）的无CPU干预采集，确保测量精度。 第 5 章：模拟信号处理：ADC 与 DAC 本章深入探讨了模拟/数字转换（ADC）的性能指标与优化： 采样率与有效位数（ENOB）：分析量化误差、参考电压噪声对测量结果的影响。 多通道扫描与 DMA 联动：演示如何配置 ADC 扫描模式，并通过 DMA 自动将采样结果存入内存缓冲区，实现高效的数据吞吐。 数模转换器（DAC）：探讨其在生成波形或参考电压源中的应用。 第 6 章：异步与同步串行通信协议精讲 掌握串行通信是连接外部世界的关键。本章涵盖了主流协议的底层实现细节： UART/USART：波特率计算、奇偶校验、流控制的软件实现。 SPI (Serial Peripheral Interface)：详细讲解 CPOL/CPHA 的四种模式，以及如何处理多从设备的片选（CS）时序，确保数据传输的完整性。 I²C (Inter-Integrated Circuit)：深入解析仲裁（Arbitration）机制，以及如何实现主机/从机角色的切换和错误检测。 --- 第三部分：高级主题：实时操作系统与系统集成 现代复杂的嵌入式应用，如智能家居中枢或工业控制器，必须依赖 RTOS 来管理并发任务和资源。 第 7 章：实时操作系统（RTOS）核心概念与移植 本章以 FreeRTOS 或 RT-Thread 等主流内核为例，阐述 RTOS 的核心机制： 任务管理：任务状态切换、优先级分配、上下文切换的机制分析（如何保存和恢复现场）。 内核对象：信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）与消息队列（Queue）的设计哲学与使用陷阱（如优先级反转问题）。 系统节拍与调度器：理解时间片轮转（Round-Robin）与抢占式调度的区别，以及如何自定义系统节拍中断。 第 8 章：内存保护与 DMA 高级应用 本章探讨如何在资源受限的环境下保证系统的稳定性和效率。 内存保护单元（MPU）：详细讲解如何利用 MPU 实现任务间内存隔离，防止恶意代码或错误代码破坏关键数据结构或内核代码。 直接内存访问（DMA）：讲解 DMA 控制器的通道配置、传输模式（循环/单次），并展示如何使用 DMA 零拷贝（Zero-Copy） 技术，实现高速数据流（如音频、网络包）的高效传输，极大解放 CPU 资源。 第 9 章：嵌入式软件的工程化：调试与测试 优秀的嵌入式工程师不仅要能写代码，更要能调试代码。 JTAG/SWD 调试接口：介绍如何使用硬件调试器（如 Segger J-Link 或 ST-Link）进行断点设置、单步执行、查看寄存器和内存。 嵌入式日志系统与错误恢复：构建健壮的看门狗（Watchdog Timer）机制，以及设计环形缓冲区（Ring Buffer）用于存储关键的运行时日志信息。 单元测试与集成测试：探讨如何在仿真环境（如 QEMU 或特定硬件模拟器）中对驱动层代码进行自动化测试，提高代码质量。 --- 结语 《现代嵌入式系统设计与实践》旨在提供一个从微观寄存器操作到宏观系统架构设计的一体化学习路径。通过本书的学习，读者将能够熟练驾驭 ARM Cortex-M 平台，设计出高性能、低功耗、且易于维护的下一代嵌入式产品。本书的所有代码示例均采用标准 C 语言配合最新的 HAL 库或底层寄存器操作，确保知识的通用性和前瞻性。

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