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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:周立功

出品人:

页数:452

译者:

出版时间:2005-1-1

价格:32.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810775779

丛书系列:

图书标签:

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深入理解现代处理器架构：从Cortex-M到RISC-V的实践指南 本书聚焦于现代嵌入式系统开发的核心技术，旨在为读者提供一套全面、深入且极具实战价值的知识体系。不同于传统的微控制器编程方法，本书将视角提升到处理器架构层面，深入剖析指令集、流水线设计、内存管理以及系统级优化的底层原理。 第一部分：现代处理器架构解析与选择 本部分是理解高性能嵌入式系统的基石。我们将详细探讨当今主流的嵌入式处理器核心，并着重分析其设计哲学、性能权衡及适用场景。 第一章：Cortex-M系列深度剖析 虽然ARM架构在嵌入式领域占据主导地位，但“ARM嵌入式系统基础教程”通常侧重于基础应用层的开发。本书将深入到Cortex-M内核的内部机制，这些机制直接影响着代码的效率和实时性。 M系列内核演进与差异化： 对比M0/M0+、M3/M4、M7、M33等内核的指令集特性（如Thumb-2的混合编码优势）、流水线深度与分支预测机制。重点分析浮点单元（FPU）的实现方式及其对DSP应用的影响。 特权级别与安全扩展（TrustZone for M）： 详细讲解特权态（Thread Mode）和中断态（Handler Mode）的切换机制，以及如何利用TrustZone for M构建安全隔离的执行环境，这对于工业控制和物联网安全至关重要。 中断与异常管理： 深入讲解嵌套向量中断控制器（NVIC）的工作原理，包括中断优先级分组（如Preemption & Sub-priority的设置）、延迟最小化技术，以及如何高效处理系统异常。 第二章：RISC-V：开源指令集的新范式 RISC-V架构的崛起为嵌入式系统带来了前所未有的灵活性和可定制性。本书将全面介绍其设计理念，并提供实际的开发案例。 RV32I/RV64I基础指令集与扩展： 解析RISC-V的定长/变长指令编码，重点分析“M”（乘法/除法）、“A”（原子操作）、“F/D”（单/双精度浮点）等标准扩展的底层实现。 定制化指令集（Custom Extensions）： 探讨如何利用RISC-V的开放性，定义和实现专有的硬件加速指令，以及相应的编译器和工具链支持（GCC/LLVM）。 内存模型与一致性： 区别于ARM的内存模型，深入分析RISC-V的宽松内存一致性模型，及其对多核同步机制（如Fence指令）的影响。 第二部分：系统级硬件抽象与高效驱动开发 本书摒弃了对特定厂商库的依赖，转而关注如何基于寄存器和标准硬件抽象层（HAL）进行高效、可移植的驱动开发。 第三章：时钟、复位与电源管理（RCC & PMU） 一个稳定的系统依赖于精妙的时钟控制和电源策略。 复杂时钟树的构建与稳定性分析： 详细讲解如何从外部晶振源到CPU内核的时钟分频、倍频过程，如何利用PLL（锁相环）实现高频稳定运行，并分析时钟切换过程中的毛刺和同步问题。 低功耗模式与唤醒源管理： 深入分析睡眠（Sleep）、停止（Stop）、待机（Standby）等不同功耗等级的寄存器配置，以及如何精确控制唤醒源（如定时器、外部中断、LPUART接收到特定数据包）以实现超低功耗运行。 第四章：内存访问与总线架构 嵌入式系统的性能瓶颈往往发生在数据传输上。本章将聚焦于处理器与外设间的数据通路。 AHB/APB总线矩阵详解： 解析总线仲裁机制、突发传输（Burst Transfer）的效率，以及如何通过DMA控制器优化大量数据的搬运，避免CPU资源的占用。 DMA控制器的高级应用： 不仅仅是简单的内存到外设的拷贝，重点讲解循环模式、半传输中断、多端口访问的配置，以及如何利用DMA在不同内存区域间执行复杂的链式操作。 第三部分：实时性保障与并发编程 现代嵌入式系统，尤其是在工业控制、医疗设备中，对确定性和低延迟有着严苛的要求。 第五章：深入理解中断响应与上下文切换 中断延迟的量化分析： 测量和分析从外部事件发生到中断服务程序（ISR）开始执行的完整时间路径，包括引脚去抖、内部同步延迟以及指令流水线冲刷时间。 上下文保存与恢复的开销： 详细分析CPU在进入和退出中断时，硬件自动执行的寄存器堆栈操作（Stack Frame），以及如何通过优化ISR的代码结构（如最小化寄存器使用和避免嵌套调用）来缩短临界代码段的执行时间。 第六章：多任务调度与同步机制 针对具备MMU或MPU的复杂系统，或在裸机环境下模拟多任务场景。 MPU/MMU在实时系统中的作用： 讲解内存保护单元（MPU）如何用于隔离不同任务的内存空间，防止恶意或错误的代码破坏关键数据区域，同时分析MMU在虚拟内存管理下的实时性挑战。 高效的进程间通信（IPC）： 探讨信号量、互斥锁、消息队列（Message Queues）在裸机或轻量级RTOS上的实现细节。重点分析优先级反转问题（Priority Inversion）及其避免策略（如优先度继承协议PCP）。 第四部分：系统调试、性能分析与固件更新 高效的开发离不开强大的调试工具和可靠的固件升级机制。 第七章：JTAG/SWD接口的底层交互与数据捕获 调试访问端口（DAP）的通信协议： 解析SWD（Serial Wire Debug）协议的T-RST、SWDIO、SWCLK信号的时序，以及如何通过Cortex的Debug Access Port（DAP）直接访问所有系统寄存器。 片上调试支持（CoreSight/ETM）： 介绍如何利用CoreSight组件（如ETM/ITM）进行无侵入式代码跟踪和数据流捕获。讲解如何设置断点、观察点，并实时监测程序流，而不影响系统的实时性能。 第八章：安全启动与空中升级（OTA）机制 固件的可靠升级是产品生命周期的关键。 双备份（Dual Bank）固件设计： 详细描述如何划分Flash空间为活动区和更新区，实现无缝的固件切换。包括启动加载器（Bootloader）的实现，以及在切换过程中如何确保电源丢失后的数据完整性。 固件签名与完整性校验： 介绍使用非对称加密算法（如RSA/ECC）对新固件包进行数字签名，并在Bootloader阶段进行验证，防止加载恶意或损坏的固件。 本书的受众定位： 具备C语言基础，对传统51或基础ARM Cortex-M编程有初步了解，希望转向高性能、高可靠性、或涉及复杂安全特性的嵌入式系统（如工业自动化、边缘计算网关、高端消费电子）的工程师和高级爱好者。本书提供的是“如何让硬件跑得更快、更稳、更安全”的架构级洞察。

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这本书的印刷质量和排版布局给我留下了深刻的印象，纸张的质感很棒，拿在手里有分量感，这在一定程度上提升了阅读的愉悦度。视觉上，代码块的区分非常清晰，使用不同的字体和背景色来区分C语言代码、汇编代码以及配置文件的片段，这极大地降低了长时间阅读时眼睛的疲劳度。不过，有一点让我感到困惑的是，全书对于实际项目案例的引入显得有些分散和零碎。每一个章节似乎都在独立地介绍一项技术点——比如GPIO的配置、UART的波特率计算、定时器的周期设置——但很少有一个贯穿始终的主题项目，将这些分散的知识点有机地串联起来，形成一个完整的、可以运行的小系统。这就像是给了你一堆高质量的乐高积木，但没有提供一张能清晰展示最终模型的说明书。我不得不自己脑补如何将这些模块整合进一个实际的应用场景，这对于提升实战能力来说，效率打了折扣。

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这本书的封面设计倒是挺抓人眼球的，色彩搭配得很是专业，给人一种踏实的感觉，就好像握着它，就能立刻步入嵌入式世界的殿堂。我本来是带着对“ARM”这个词的敬畏和对“嵌入式”这个领域的懵懂来翻开它的，期待能找到一条清晰的、从零开始的路径。然而，当我真正沉浸进去时，发现这本书的叙述方式，虽然信息量巨大，但对于一个初学者来说，就像是直接被扔进了信息的海洋，需要极强的自学能力和背景知识来做支撑。比如，在讲解寄存器配置和时钟树的初始化那几个章节，作者似乎默认读者已经对数字电路和微控制器架构有了一定的了解，很多概念的引入直接跳过了铺垫，显得有些生硬。我花了大量时间去查阅其他资料来补全这些“跳跃点”。如果这本书能更细致地描绘出每一个关键概念背后的物理意义，或者用更生动的比喻来解释那些抽象的硬件操作，那对新手无疑是更友好的。整体来说，它更像是一本优秀的“工具参考手册”，而不是一本引导性的“入门向导”。它的深度是毋庸置疑的，但广度上，尤其是在构建学习者信心这一块，还有提升的空间。

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我用了相当长的时间去研究书中关于内存保护单元（MPU）和总线架构（如AXI/AHB）的章节。坦白说，这部分内容展现了作者深厚的专业功底，对总线仲裁、DMA传输流程的描述，逻辑严密、论据充分。然而，正是因为这部分内容过于“硬核”和理论化，导致我在尝试将这些概念与实际开发板上的资源配置联系起来时，遇到了巨大的鸿沟。例如，书中提到了某种特定的内存地址映射策略，但对于我们最常用的一些开发板上，这种映射是如何通过启动代码（Startup Code）实现的，并没有给出直观的汇编级跟踪分析。这本书似乎更倾向于教授“标准”或“理论上最优”的实现路径，而对于“工程实践中常见的妥协与变通”，着墨不多。因此，对于那些希望在现有芯片平台上快速进行深度定制和性能优化的读者来说，可能需要花费额外精力去对照硬件数据手册进行二次翻译和验证。

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阅读这本书的过程，与其说是学习，不如说是一场与代码和硬件手册的艰苦“搏斗”。我特别留意了它在软件开发流程描述上的处理方式。书中对交叉编译环境的搭建和Makefile的编写进行了详细介绍，这部分内容非常扎实，对于需要立即投入项目实践的工程师来说，无疑是宝贵的财富。但与此同时，对于那些希望了解操作系统如何在底层与硬件交互的读者，书中的操作系统移植部分，虽然提到了FreeRTOS的框架，但在涉及任务调度和中断处理的底层逻辑剖析上，总感觉隔着一层纱。我希望能看到更多直接针对ARM Cortex-M系列处理器特性的、针对特定中断向量表和内存映射的高阶应用解析，而不是仅仅停留在标准库函数调用的层面。这种“高屋建瓴”的介绍方式，使得我们难以完全理解，当实际出现堆栈溢出或硬中断丢失时，我们该如何利用处理器本身的机制去有效地调试和定位问题。这本书在“做什么”上做得很好，但在“为什么这么做”的底层原理阐述上，略显保守和刻板。

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如果让我用一句话来概括这本书的特点，那就是“严谨有余，亲和不足”。它像一位要求极高的大学教授，将所有知识点都整理得井井有条，但很少停下来询问学生是否跟上了步伐。我对书中在错误处理和异常捕获机制上的讲解印象深刻，作者详细列举了各种可能发生的硬件故障场景，并给出了对应的软件防御策略，这体现了作者对嵌入式系统可靠性的重视。然而，在整个阅读过程中，我始终缺少那种“啊哈！”的顿悟时刻。很多时候，我需要停下来，合上书本，在脑海中反复构建一个三维的模型，才能真正理解某些嵌套极深的概念是如何协同工作的。这本书无疑是进入这个领域的“敲门砖”，但要真正利用好它，读者必须具备较强的自我驱动力和强大的信息整合能力，它提供的是骨架，血肉需要我们自己去填充和塑造。

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PPT很好，书一般，还是在火车上看的

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很适合初学者，也是一本好的工具书。

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