Tornado/VxWorks入门与提高 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学出版社

作者:邝坚

出品人:

页数:364

译者:

出版时间:2004-11-1

价格:37.0

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787030145079

丛书系列:

图书标签:

• Tornado
• VxWorks
• 实时操作系统
• 嵌入式系统
• 开发
• 编程
• 技术
• 入门
• 提高
• 风河

嵌入式系统设计与实现：从基础原理到前沿应用 本书聚焦于现代嵌入式系统开发的核心挑战与前沿技术，旨在为工程师和技术学习者提供一套全面且深入的实践指南。全书内容侧重于通用嵌入式架构、实时操作系统（RTOS）选型与高级配置、以及在资源受限环境中实现高性能、高可靠性系统的关键方法。 --- 第一部分：嵌入式系统基础理论与硬件交互（约400字） 本部分内容将系统性地回顾嵌入式系统设计的基础知识，重点放在理解现代微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的内在机制及其与外部世界的接口。 1. 嵌入式处理器架构剖析： 深入探讨冯·诺依曼与哈佛架构的优劣及其在不同应用场景下的适用性。详细解析主流指令集架构（如ARM Cortex-M系列、RISC-V）的核心特性、流水线操作、中断向量表结构以及特权级管理机制。我们将通过具体实例说明如何利用这些底层特性优化代码执行效率。 2. 内存管理与数据访问： 讲解嵌入式系统中内存的组织方式，包括SRAM、Flash/EEPROM、外部SDRAM的特性与驱动。内容涵盖内存映射、缓存一致性（Cache Coherency）问题在多核系统中的处理，以及如何有效利用MMU（内存管理单元）进行地址翻译和保护（适用于MPU环境）。此外，还将详细介绍DMA（直接内存存取）控制器的工作原理和高效配置，确保数据传输不占用CPU资源。 3. 基础I/O外设驱动与编程模型： 侧重于对GPIO、定时器/计数器、低速/高速串行通信接口（UART、SPI、I2C）的底层寄存器级操作。我们将演示如何编写健壮的驱动程序，处理时序敏感型操作，并构建软件抽象层（HAL/LL），以提高代码的可移植性和可维护性。 4. 低功耗设计策略： 针对电池供电应用，详细阐述MCU的各种休眠模式（Sleep, Deep Sleep, Shutdown）及其唤醒机制。介绍功耗预算的制定流程，以及如何通过动态频率调节和时钟门控技术，在保证系统功能的前提下，实现极致的能效比。 --- 第二部分：实时系统软件架构与并发控制（约550字） 本部分是本书的核心，专注于现代嵌入式软件的组织结构、并发处理机制以及确保时间确定性的关键技术。 1. 实时操作系统（RTOS）的选型与内核机制： 本章不局限于特定厂商的商业RTOS，而是侧重于通用的RTOS设计原理。深入解析任务（Task）的管理、上下文切换的流程、调度算法（如固定优先级、轮转、截止时间调度）。对比阐述协作式多任务与抢占式多任务的差异及其对系统确定性的影响。 2. 进程间通信（IPC）与同步原语： 详细讲解实现任务间安全协作所需的核心同步机制。内容包括信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）及其在关键代码段保护中的应用。重点分析优先级反转（Priority Inversion）问题，并介绍多种避免或解决该问题的策略，如优先级继承（Priority Inheritance）和优先级天花板（Priority Ceiling）。此外，还将介绍消息队列（Message Queue）、事件标志组（Event Flags）和邮箱（Mailbox）在复杂数据流管理中的高效使用方法。 3. 中断服务程序（ISR）的高效设计： 强调ISR的设计原则：快速、简洁、低延迟。讲解ISR与任务之间的数据安全传递机制（如使用延迟过程调用/DPC），避免在ISR中执行耗时的阻塞操作。分析嵌套中断处理的优先级管理与嵌套生命周期。 4. 时间服务与精确计时： 探讨系统时钟源的选择、时钟漂移的校准，以及如何利用高精度定时器实现微秒级甚至纳秒级的事件触发。讲解时间戳的生成与同步机制，尤其是在分布式或多核系统中保持时间一致性的挑战与解决方案。 --- 第三部分：嵌入式系统的可靠性与高级应用（约550字） 本部分转向更复杂的系统集成、质量保证以及面向前沿领域的应用实践。 1. 嵌入式系统的故障恢复与安全启动： 探讨系统启动流程的初始化序列（Boot Sequence），从硬件复位到操作系统加载的完整过程。重点介绍看门狗（Watchdog Timer）的硬件和软件配置，用以检测和恢复系统死锁。深入讲解软件升级（OTA/FOTA）的机制，包括双备份（A/B Slot）分区策略和原子性更新的实现，确保升级过程的可靠性。 2. 网络协议栈在嵌入式中的优化： 针对资源受限设备，介绍轻量级TCP/IP协议栈的移植与裁剪技巧。讲解嵌入式设备常用的通信协议，如MQTT、CoAP，侧重于如何优化Socket编程以减少内存占用和提高连接的稳定性。探讨网络安全基础，如TLS/SSL的嵌入式实现与硬件加速。 3. 驱动模型与抽象： 介绍现代驱动开发中的平台无关性设计。分析总线架构（如PCIe、USB）与设备树（Device Tree）在描述硬件拓扑中的作用。演示如何通过构建模块化的驱动框架，实现硬件替换时的最小化代码改动。 4. 调试、测试与性能分析工具链： 介绍专业的嵌入式调试工具，如JTAG/SWD调试器的高级特性，包括断点设置、数据观察点和指令跟踪。讲解如何使用逻辑分析仪和示波器来验证硬件时序的正确性。重点介绍运行时性能分析工具，如任务追踪（Task Tracing）和函数调用图（Call Graph）分析，用以识别系统中的性能瓶颈和资源竞争点。 5. 嵌入式软件的安全基础： 概述嵌入式安全的基本威胁模型。讲解安全启动链（Secure Boot）的概念，以及如何利用硬件信任根（RoT）来验证固件的完整性。介绍内存保护技术（MPU/MMU）在隔离关键模块中的应用。 --- 本书特色： 强调理论与实践的紧密结合，通过大量经过验证的伪代码和架构图示，帮助读者理解复杂概念的工程实现细节。内容涵盖范围广，面向的是需要构建高性能、高稳定性的工业控制、物联网（IoT）网关和专业消费电子设备的开发人员。

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