单片机应用技术选编(5) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:何立民

出品人:

页数:584

译者:

出版时间:2001-5-1

价格:49.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810127004

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 应用技术
• 电子工程
• 微控制器
• 实践教程
• 电路设计
• 技术选编
• 电子技术
• DIY

现代嵌入式系统设计与实现 内容提要： 本书旨在为读者提供一套全面、深入的现代嵌入式系统设计与实现方法论和实践指南。它不再局限于传统的微控制器（MCU）层面，而是将视角拓展至更广阔的物联网（IoT）、边缘计算和实时操作系统（RTOS）领域。全书内容结构严谨，从底层硬件架构的剖析入手，逐步过渡到复杂的软件生态构建，强调理论与工程实践的紧密结合。 第一部分：嵌入式系统基础与硬件选型 第一章：嵌入式系统概述与发展趋势 本章首先定义了现代嵌入式系统的内涵，阐述了其与传统计算系统的本质区别。重点探讨了当前嵌入式领域的三大核心驱动力：低功耗设计、网络连接能力和人工智能（AI）的边缘化部署。深入分析了RISC-V架构的兴起对传统ARM主导地位带来的挑战与机遇，并展望了异构计算（如FPGA与ASIC的结合）在高性能嵌入式应用中的前景。 第二章：核心处理器架构深度解析 本章详细剖析了当前主流嵌入式处理器（包括Cortex-M系列、Cortex-A系列，以及特定领域的DSP/NPU）的内部结构。内容涵盖了流水线技术、缓存一致性协议、中断控制器（NVIC/GIC）的工作原理。特别关注了电源管理单元（PMU）在实现超低功耗模式（如深度睡眠、唤醒源配置）中的关键作用，并提供了基于实际芯片手册的寄存器级配置实例。 第三章：存储器系统与数据管理 嵌入式系统对存储器的要求极为苛刻。本章详细讲解了SRAM、DRAM（特别是低功耗LPDDR系列）的工作时序和驱动要求。重点阐述了闪存（Flash Memory）的擦写机制、磨损均衡（Wear Leveling）算法的实现，以及如何通过MMU（内存管理单元）和MPU（内存保护单元）实现操作系统级的内存保护和地址映射。 第四章：系统级互连与总线技术 本章聚焦于芯片内部和芯片间的通信协议。详细介绍了先进的片上总线标准，如AHB、AXI（包括AXI4、AXI-Lite及其在SoC设计中的应用）。此外，对外部高速接口如PCIe、USB 3.0/Type-C的底层握手和数据传输协议进行了深入的剖析，为高速数据采集和设备对接奠定基础。 第二部分：软件生态构建与实时控制 第五章：底层驱动开发与硬件抽象层（HAL） 本章强调驱动开发的工程规范。内容包括：如何规范化地编写GPIO、定时器、ADC/DAC等基础设备驱动；讲解中断服务程序（ISR）的最佳实践，避免长时操作和锁竞争。重点介绍了构建一套健壮的硬件抽象层（HAL）的重要性，以及如何利用设备树（Device Tree）技术实现硬件配置的动态加载。 第六章：实时操作系统（RTOS）原理与实践 本书采用FreeRTOS和Zephyr作为核心案例，深入讲解了RTOS的内核机制。内容包括任务调度算法（如优先级继承、截止期单调分析）、信号量、互斥锁、消息队列和事件标志组的设计与使用陷阱。特别针对实时性要求高的场景，讲解了中断延迟分析和系统抖动（Jitter）的测量与优化方法。 第七章：高级并发控制与多核协作 随着多核处理器的普及，并发控制成为核心难点。本章深入探讨了更复杂的同步机制，如屏障（Barrier）、读写锁（RW Lock）以及无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的原理和C++实现。对于多核系统，详细阐述了Cache一致性模型、核间中断（IPI）的通信机制，以及如何使用原子操作（Atomic Operations）保证数据完整性。 第八章：嵌入式操作系统的选型与移植 本章对比分析了主流的嵌入式操作系统（如Linux、RT-Preempt、QNX、VxWorks）在资源占用、实时性保证和安全特性上的差异。重点指导读者如何针对特定硬件平台完成一个最小化Linux内核的移植过程，包括引导加载程序（Bootloader，如U-Boot）的配置、内核的编译与参数调整，以及根文件系统的构建。 第三部分：网络通信与物联网集成 第九章：嵌入式网络协议栈实现 本章侧重于嵌入式设备接入互联网的能力。详细讲解了TCP/IP协议栈在资源受限设备上的优化策略。重点剖析了UDP和CoAP协议在低带宽、高延迟网络环境下的应用。对于安全接入，深入探讨了TLS/DTLS握手过程、证书管理以及如何在MCU上高效地运行轻量级加密算法库。 第十章：无线连接技术：从低功耗到高速率 本章系统介绍了当前主流的无线通信技术。低功耗广域网（LPWAN）部分重点分析了LoRaWAN和NB-IoT的MAC层协议和网络架构。短距离通信部分，详细解析了蓝牙低功耗（BLE）的连接事件调度、服务/特征（Service/Characteristic）的设计，以及如何利用Matter协议实现跨生态系统的互联互通。 第十一章：边缘计算与系统安全强化 本章探讨了在本地设备上执行计算密集型任务的必要性。内容包括：模型量化（Quantization）技术在将浮点模型转换为定点模型时的精度损失控制；以及如何利用硬件加速器（如NPU）进行推理加速。在安全方面，系统介绍了可信执行环境（TEE）的概念，如ARM TrustZone的技术原理，以及安全启动（Secure Boot）和固件空中更新（OTA）的安全实现流程。 第四部分：工程实践与工具链 第十二章：调试、性能分析与系统验证 本书强调调试工具的应用。详细讲解了JTAG/SWD接口的底层原理及其在固件调试中的应用，如断点设置、寄存器监控和内存查看。重点介绍了使用逻辑分析仪和示波器进行信号完整性分析和时序验证的方法。在性能分析方面，指导读者使用性能分析工具（如gprof或特定RTOS的追踪工具）识别代码中的热点和资源竞争点。 第十三章：持续集成与自动化测试 为应对快速迭代的需求，本章介绍了DevOps理念在嵌入式领域的落地。内容包括：使用CMake或Bazel构建跨平台编译系统；利用GitLab CI/Jenkins实现自动化的编译、固件生成和单元测试。并介绍了Google Test或Ceptest等框架在嵌入式环境中的集成与使用。 附录：常用嵌入式编程陷阱与反模式 附录总结了开发过程中常见且难以发现的错误，如栈溢出检测、错误的中断使能/失能处理、位操作的陷阱以及浮点数在固定点计算中的替代方案。 --- 本书特色： 面向未来： 聚焦于实时性、安全性、连接性这三大现代嵌入式系统的核心需求，而非简单的MCU寄存器操作罗列。 实践驱动： 每一核心理论后都附带实际工程中的案例分析和代码片段，确保读者能够学以致用。 架构中立： 虽然涉及具体架构，但核心方法论独立于特定芯片供应商，具有长期学习价值。 系统思维： 培养读者从硬件选型、底层驱动、操作系统选择到网络接入的系统级设计能力。

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