PCI&PCI-X硬件和软件结构与设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:Edward Solari

出品人:

页数:1422

译者:

出版时间:2003-1

价格:118.00元

装帧:

isbn号码:9787505383210

丛书系列:

图书标签:

• PCI
• PCI-X
• 硬件设计
• 软件设计
• 计算机体系结构
• 总线系统
• 接口技术
• 嵌入式系统
• 底层技术
• 计算机硬件

《现代嵌入式系统设计与实践》 引言 在当今信息技术的浪潮中，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、汽车电子到工业控制和物联网设备。它们是现代电子设备的核心“大脑”，承载着特定的功能并与物理世界进行实时交互。然而，设计一个高效、可靠且低功耗的嵌入式系统绝非易事，它要求设计者对硬件架构、实时操作系统、驱动程序开发以及系统级优化有深刻的理解和丰富的实践经验。 本书《现代嵌入式系统设计与实践》正是为满足这一需求而编写的。它摒弃了对特定总线结构（如PCI/PCI-X）的深入剖析，转而聚焦于当前主流嵌入式处理器架构、内存管理、实时性保证以及面向应用的系统级设计方法。全书旨在提供一套系统化的知识体系，帮助读者从零开始构建、调试和优化一个功能完备的嵌入式应用。 第一部分：嵌入式系统基础与处理器架构 本部分奠定了嵌入式系统设计的理论基础，并深入探讨了当前主导市场的处理器技术。 第一章 嵌入式系统概论与发展趋势 本章首先界定了嵌入式系统的概念、特点及其在不同行业中的应用领域。我们将详细分析嵌入式系统的典型层次结构，包括硬件层、固件层和应用软件层。重点讨论了嵌入式系统设计中功耗、成本、实时性、可靠性这四大核心约束的权衡艺术。同时，对当前嵌入式领域的前沿趋势进行了展望，如异构计算、边缘AI以及功能安全标准（如ISO 26262）对设计流程的影响。 第二章 现代嵌入式处理器架构深度解析 本章将核心聚焦于主流的嵌入式处理器内核。我们不会纠缠于特定总线接口的细节，而是深入研究基于ARM Cortex-A/R/M系列处理器的内部结构。详细讲解了流水线技术、乱序执行、缓存层级（L1/L2/L3）的设计原理及其对程序性能的影响。特别辟出章节讨论多核异构架构（如CPU+GPU+NPU的组合）下的数据同步与任务调度机制。此外，对RISC-V架构作为新兴力量的开放性、可扩展性及其在定制化嵌入式产品中的潜力进行了分析。 第三章 内存管理与系统启动流程 高效的内存管理是嵌入式系统稳定运行的关键。本章详细阐述了片上存储器（SRAM、Flash/EEPROM）的特性及其编程约束。重点深入讲解了内存保护单元（MPU）和内存管理单元（MMU）的功能与配置。对于运行复杂操作系统的系统，MMU的虚拟内存管理、页表机制以及TLB（转译后备缓冲器）的性能优化策略将被详尽剖析。此外，系统启动过程，从复位向量到内核加载、初始化设备树（Device Tree）的解析与应用，构成这一章节的实践核心。 第二部分：实时操作系统与驱动开发 可靠的软件层是实现复杂功能的载体。本部分侧重于嵌入式软件的基石——操作系统、驱动程序开发和底层通信机制。 第四章 实时操作系统的原理与选型 本章对比分析了FreeRTOS、Zephyr以及Linux等主流嵌入式操作系统的设计哲学。详细讲解了实时性概念（如确定性、抖动），以及内核调度器（如优先级继承、抢占式调度）如何保证时间约束。我们将深入探讨任务间通信（IPC）机制，包括信号量、消息队列、事件标志组以及共享内存的正确使用方法，强调在多任务环境中避免死锁和竞态条件的设计规范。 第五章 设备驱动程序与硬件抽象层（HAL） 驱动程序是连接操作系统和物理硬件的桥梁。本章详细介绍了通用异步收发器（UART）、I2C、SPI等片上外设的编程模型。内容侧重于中断服务程序（ISR）的设计原则，如何最小化中断延迟，以及如何安全地在中断上下文和进程上下文之间传递数据。同时，探讨了构建可移植性良好的硬件抽象层（HAL）的架构模式，以应对未来处理器平台的迁移。 第六章 嵌入式系统中的数据传输与网络协议栈 现代嵌入式设备通常需要连接外部世界。本章涵盖了系统级的数据通信。首先介绍传统的串行通信和并行通信的硬件接口特性。随后，重点转向嵌入式以太网和Wi-Fi的MAC层和网络层协议栈（TCP/IP）。我们将讲解如何裁剪和优化精简的嵌入式网络协议栈以适应资源受限的环境，以及嵌入式设备中常用的一些工业现场总线（如CAN Bus）的帧格式与错误处理机制。 第三部分：系统集成、调试与优化 成功的嵌入式项目不仅在于代码的正确性，更在于其性能、稳定性和可维护性。本部分关注系统集成和工程实践。 第七章 嵌入式系统的调试与故障诊断 有效的调试工具是嵌入式开发成功的保障。本章详细介绍了调试接口（如JTAG/SWD）的工作原理及其在硬件级别追踪程序执行流中的应用。讲解了使用逻辑分析仪、示波器等外部工具来验证时序和信号完整性的方法。此外，深入探讨了基于内存映射的软件调试技术、看门狗定时器（WDT）的配置与复位策略，以及如何有效地利用打印（Printf）调试在无屏幕设备上的信息回溯。 第八章 固件更新与系统级安全性 随着系统复杂度的增加，远程固件更新（OTA）变得至关重要。本章讨论了安全的OTA机制设计，包括双备份分区（A/B Slot）策略和数字签名验证流程，确保更新过程的原子性和安全性。在系统安全性方面，本章介绍了信任根（Root of Trust）、安全启动（Secure Boot）的实现流程，以及如何利用硬件安全模块（HSM）来保护敏感密钥和数据。 第九章 系统性能分析与能耗优化 本章聚焦于嵌入式产品的商业竞争力——性能与功耗。我们将介绍性能分析工具（如LTTng、Perf），用于识别代码热点和系统瓶颈。深入探讨了CPU频率调速（DVFS）、时钟门控以及低功耗模式（如睡眠、待机）的编程管理。重点分析了缓存命中率对整体吞吐量的决定性影响，并提供了数据结构和算法在嵌入式环境下进行缓存友好的重构技巧。 结论 《现代嵌入式系统设计与实践》旨在为工程师提供一个全面且面向实践的蓝图，指导他们驾驭当前嵌入式系统的复杂性。本书通过深入剖析现代处理器架构、操作系统内核机制以及系统级集成与优化策略，培养读者构建下一代智能、高效嵌入式产品的能力。

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