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出版者:华中理工大学出版社

作者:周纯杰/刘正林/何顶新/周凯波

出品人:

页数:351

译者:

出版时间:2005-3

价格:29.80元

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isbn号码:9787560933436

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《嵌入式系统原理与实践》 内容简介 本书深入浅出地阐述了嵌入式系统的核心原理，并结合大量实际工程案例，系统地介绍了嵌入式系统的设计、开发、调试及应用。全书共分为三个主要部分：嵌入式系统基础、嵌入式软件开发、嵌入式系统应用与实践。 第一部分：嵌入式系统基础 本部分旨在为读者构建坚实的嵌入式系统理论基础，从最基本的概念入手，逐步深入到关键的技术细节。 第一章：嵌入式系统概述 1.1 什么是嵌入式系统？ 详细定义嵌入式系统，强调其“嵌入”于更大系统中的特性。 分析嵌入式系统的典型组成部分：微处理器/微控制器、存储器、输入/输出接口、传感器、执行器、通信接口等。 列举嵌入式系统在日常生活、工业生产、医疗健康、通信网络、交通运输等领域的广泛应用，通过具体实例（如智能家居、工业自动化控制器、医疗监护仪、手机、车载导航系统）来说明其重要性。 探讨嵌入式系统的特点：实时性、可靠性、功耗低、体积小、专用性强、成本敏感等，并分析这些特点对系统设计的影响。 1.2 嵌入式系统与通用计算机系统的区别 对比嵌入式系统与PC、服务器等通用计算机在设计目标、硬件架构、软件环境、用户交互、应用场景等方面的根本差异。 强调嵌入式系统的高度集成化、定制化和面向特定任务的特点。 1.3 嵌入式微处理器与微控制器 深入介绍嵌入式系统中常用的微处理器（MPU）和微控制器（MCU）的架构和工作原理。 详细讲解CPU核心、寄存器、中断控制器、时钟系统、内存管理单元（MMU）等核心组件的功能。 阐述存储器家族，包括ROM、RAM、Flash、EEPROM等，以及它们在嵌入式系统中的作用和选择考量。 介绍中断系统：中断源、中断向量表、中断服务程序（ISR）、优先级、嵌套等概念，以及中断处理对实时性的关键作用。 分析各种总线（如地址总线、数据总线、控制总线）和接口（如GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、DAC）的功能及通信协议。 1.4 嵌入式系统硬件开发基础 介绍嵌入式硬件设计流程：需求分析、原理图设计、PCB布局布线、元器件选型、原型制作、硬件调试。 讲解常用的嵌入式开发板和评估板，如ARM Cortex-M系列开发板、树莓派、Arduino等，分析它们在学习和原型验证中的作用。 介绍仿真器（Emulator）、逻辑分析仪（Logic Analyzer）、示波器（Oscilloscope）等硬件调试工具的使用方法和技巧。 第二部分：嵌入式软件开发 本部分是本书的重头戏，详细介绍了嵌入式软件的设计、编码、调试及优化技术，涵盖了从底层驱动到应用层软件的整个开发流程。 第二章：嵌入式操作系统（RTOS） 2.1 什么是实时操作系统（RTOS）？ 定义RTOS，强调其“实时性”的关键指标：确定性、低延迟、高可靠性。 解释RTOS与通用操作系统的区别，重点在于任务调度、资源管理和中断响应的实时性要求。 2.2 RTOS的核心概念与功能 任务（Task）/线程（Thread）管理： 任务创建、删除、挂起、恢复、切换、状态（运行、就绪、阻塞、等待）。 任务调度： 详细介绍常见的调度算法，如优先级调度（固定优先级、动态优先级）、轮转调度、时间片轮转调度，并分析它们的优缺点及适用场景。 进程间通信（IPC）： 讲解消息队列、信号量、互斥锁、事件标志、邮箱等多种IPC机制，以及它们在任务协同工作中的作用。 内存管理： 介绍RTOS中的动态内存分配、静态内存池等管理方式。 时间管理： 讲解时钟节拍、延时、定时器等功能。 中断处理： RTOS如何与中断系统协同工作，中断延迟的优化。 2.3 常见嵌入式RTOS介绍 简要介绍FreeRTOS、RT-Thread、uC/OS、VxWorks等主流嵌入式RTOS的特点、优势和应用领域。 以其中一款（例如FreeRTOS）为例，进行更详细的功能讲解和API使用示例。 2.4 RTOS在嵌入式系统中的作用 分析RTOS如何简化复杂系统的软件设计，提高开发效率。 阐述RTOS如何实现多任务并发执行，提升系统响应速度和资源利用率。 强调RTOS在保证系统实时性和可靠性方面的不可替代性。 第三章：嵌入式驱动程序开发 3.1 驱动程序的作用与分类 定义驱动程序，解释其作为硬件与操作系统之间桥梁的关键作用。 讲解硬件抽象层（HAL）、底层驱动、中间层驱动等概念。 分类介绍常见的驱动程序类型，如GPIO驱动、UART驱动、SPI驱动、I2C驱动、ADC/DAC驱动、网络驱动、文件系统驱动等。 3.2 硬件抽象层（HAL） 详细介绍HAL层的概念，以及它如何屏蔽底层硬件差异，提高代码的可移植性。 分析HAL层函数的通用设计模式。 3.3 常用外设驱动程序详解 GPIO驱动： 配置引脚方向（输入/输出）、电平控制、中断触发。 UART驱动： 波特率设置、发送/接收数据、中断接收。 SPI/I2C驱动： 主/从机模式、通信协议、数据传输。 ADC/DAC驱动： 采样率、分辨率、转换模式。 定时器/PWM驱动： 定时、周期测量、脉冲宽度调制（PWM）生成。 3.4 驱动程序调试技巧 介绍使用串口打印（printf）、逻辑分析仪、示波器等工具进行驱动程序调试的方法。 分析常见的驱动程序问题（如硬件配置错误、总线通信异常、中断处理不当）及其排查思路。 第四章：嵌入式应用软件开发 4.1 嵌入式应用程序的设计模式 讲解事件驱动模型、状态机模型、轮询模型等常用的嵌入式应用设计模式。 分析不同设计模式的适用场景和优缺点。 4.2 嵌入式软件的模块化设计 强调将应用程序划分为功能模块的重要性，以及模块间的接口设计。 介绍面向对象编程（OOP）在嵌入式软件开发中的应用。 4.3 嵌入式网络通信开发 介绍TCP/IP协议栈在嵌入式系统中的应用。 讲解Socket编程（TCP/UDP）在嵌入式设备间通信中的实践。 介绍MQTT、CoAP等轻量级物联网通信协议。 分析HTTP/HTTPS在嵌入式设备与云平台交互中的应用。 4.4 文件系统与存储 介绍嵌入式文件系统的概念，如FAT、JFFS2、UBIFS等。 讲解如何管理Flash存储器，包括擦写、坏块管理、磨损均衡。 文件操作API（读、写、创建、删除）。 4.5 嵌入式软件的调试与优化 介绍交叉编译工具链的使用。 讲解GDB等调试器的远程调试功能。 内存占用分析、CPU功耗分析、代码执行效率分析。 嵌入式软件性能优化的常用方法：算法优化、数据结构选择、减少中断嵌套、硬件加速利用等。 第三部分：嵌入式系统应用与实践 本部分将前面学到的理论知识与实际工程相结合，通过具体的案例分析，帮助读者理解如何在实际项目中应用嵌入式技术。 第五章：典型嵌入式应用案例分析 5.1 智能家居控制系统 分析智能灯光控制、温湿度监测、安防报警等子系统的设计。 探讨各种传感器（如红外传感器、温湿度传感器、门磁传感器）与MCU的接口设计。 设计无线通信模块（如Wi-Fi、Zigbee）与云平台的连接方案。 5.2 工业自动化监控系统 介绍PLC（可编程逻辑控制器）的原理和应用。 分析数据采集与处理流程，如温度、压力、流量等参数的采集。 探讨CAN总线、Modbus等工业通信协议的应用。 设计用户界面（HMI）与上位机软件的交互。 5.3 物联网（IoT）设备开发 聚焦低功耗设备的设计，如蓝牙低功耗（BLE）设备。 讲解LoRa、NB-IoT等窄带通信技术在IoT中的应用。 数据上报与远程控制的设计。 云平台对接与数据可视化。 5.4 嵌入式GUI开发 介绍嵌入式图形用户界面（GUI）的基本原理。 讲解LVGL、TouchGFX等嵌入式GUI库的使用。 UI元素设计、触摸屏交互、动画效果实现。 第六章：嵌入式系统项目开发流程与管理 6.1 项目启动与需求分析 明确项目目标，定义系统功能需求、性能指标、功耗要求。 技术方案选择与可行性评估。 6.2 硬件选型与设计 根据需求选择合适的MCU/MPU、外围芯片。 原理图绘制、PCB设计与打样。 元器件采购与BOM管理。 6.3 软件开发与集成 RTOS选型与移植。 驱动程序开发与测试。 应用层软件编码与模块联调。 系统集成与整体测试。 6.4 测试、验证与部署 单元测试、集成测试、系统测试。 可靠性测试、稳定性测试、EMC测试。 现场部署与用户培训。 6.5 项目管理与版本控制 敏捷开发方法在嵌入式项目中的应用。 Git等版本控制工具的使用。 Bug跟踪与问题管理。 本书特色 体系化全面： 从基础理论到高级应用，覆盖嵌入式系统开发的各个环节。 理论与实践结合： 深入讲解原理的同时，配以大量的代码示例和实际案例分析。 重点突出： 强调实时操作系统、驱动程序开发等嵌入式核心技术。 面向工程： 引导读者掌握实际项目开发流程和调试技巧。 语言通俗易懂： 避免晦涩难懂的术语，力求清晰准确地传达技术信息。 本书适合于计算机科学、电子工程、自动化等相关专业的学生，以及从事嵌入式软件、硬件或系统开发的工程师。通过学习本书，读者将能够独立完成嵌入式系统的设计、开发和调试工作，为开发各类智能化、嵌入式设备打下坚实基础。

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说实话，这本书的“应用”部分是我认为它区别于其他纯理论C语言教材的关键所在。很多时候，我们学完了指针、结构体这些基础，却不知道如何将它们组合起来解决一个实际的小问题。这本书在这方面做得非常出色，它不像某些书籍那样，在讲完基础理论后就戛然而止，而是非常细致地展示了如何用C语言去构建一个小型的数据处理工具，或者如何去实现一个简易的命令行解析器。我印象最深的是关于文件I/O的那一章，它不仅讲解了`fopen`, `fread`, `fwrite`这些基本函数，还深入探讨了二进制文件和文本文件的底层差异，并提供了一个高效的日志文件写入模块作为范例。这种“学完理论，立刻实战”的模式，极大地提升了我对编程的成就感和自信心。我感觉自己不是在背诵语法规则，而是在学习一门真正的工程语言。这些应用案例的复杂度和实用性拿捏得恰到好处，既不会让新手望而却步，又能让有一定基础的人从中找到新的启发点，绝对是架起理论与实践之间那座桥梁的坚实材料。

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这本书的封面设计实在是太朴实无华了，那种感觉就像是回到了上个世纪的电脑房，纯粹的黑白配上那个经典的宋体字，让人立刻就联想到了那种严谨又不失深度的技术书籍。拿到手里分量十足，厚厚的几百页，翻开来看，里面的排版也保持了这种务实的风格，没有太多花哨的图表和彩印，就是实实在在的文字和代码。不过，对于我这种初学者来说，这样的风格反而让我觉得踏实，知道自己面对的是一本真材实料的教材，而不是那种华而不实的入门读物。那些密密麻麻的知识点和逻辑结构，虽然刚开始看会有点压力，但一旦沉下心来，就能感受到作者在内容组织上的匠心。每一个章节的衔接都非常自然，从最基础的变量类型讲起，逐步深入到指针、内存管理、文件操作，最后还涉及了一些实际应用中的小技巧。这种循序渐进的方式，极大地降低了学习曲线的陡峭程度，让那些枯燥的理论知识变得更容易消化吸收。特别是对于那些想真正掌握C语言底层原理的人来说，这本书绝对是一本不可多得的“内功心法”。

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这本书的习题设计，简直可以称得上是一场对心智的精妙考验。它不是那种简单的“输入A，输出B”的套路题，而更倾向于考察对程序流程和数据结构的深层理解。我花了大量的时间在那些需要手动追踪变量状态和内存变化的题目上。特别是那些涉及位操作和预处理器宏的练习题，每一次解出来都有一种“豁然开朗”的感觉，仿佛自己的编程思维被重新塑造了一遍。更值得称赞的是，它提供的答案解析部分并非只是简单地给出正确代码，而是详细阐述了多种可能的解题思路，并对比了不同方案在效率和可读性上的优劣。这迫使我不能满足于得到一个“能运行”的代码，而是要去思考“最优”的解决方案。这种对细节的执着和对效率的追求，是这本书最核心的价值之一。对于那些渴望从“会写代码”迈向“写好代码”的读者来说，这些习题就是最好的试金石，它们逼着你走出舒适区，去直面C语言的复杂性和强大性。

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从整体的阅读体验来看，这本书更像是一位经验极其丰富的、不苟言笑的老师在给你系统授课，他不会用华丽的辞藻来讨好你，也不会在你不理解某个概念时轻易放过你，而是要求你必须自己去挖掘和理解背后的逻辑。因此，我建议这本书非常适合已经有一定编程基础，或者学习目标非常明确，即想深入理解C语言及其底层机制的读者。如果你只是想快速写一个能跑起来的小脚本，这本书可能会显得过于厚重和深入。但如果你想成为一个能够驾驭系统级编程、理解操作系统如何与C代码交互的工程师，那么这本书的价值就无可替代了。它的内容密度非常高，很多章节需要反复阅读才能完全吸收，但每一次重读，都会有新的感悟。它就像一本经典的工具书，虽然可能不会被放在床头常翻，但在你需要攻克一个技术难关，需要回溯到最原始的编程哲学时，它永远是那个最可靠、最权威的参考源。这本书，是时间考验下的经典之作。

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这本书的讲解风格，用一个词来形容就是“教科书式的严谨”，它几乎没有采用现在很多技术书籍流行的那种朋友闲聊式的口吻，而是保持了一种近乎于官方规范的阐述方式。对于习惯了轻松阅读的读者可能会觉得有些生硬，但正是这种严谨性，确保了每一个知识点的准确性和无歧义性。我特别欣赏它在概念定义上的精确度，比如在解释结构体和联合体的区别时，作者没有用过于形象的比喻，而是直接引用了内存布局和数据存储的原理来剖析，这对于理解内存模型至关重要。很多市面上的书可能会为了追求流畅性而牺牲一部分精确性，但这本显然走的是另一条路——用最硬核的方式，打下最牢固的基础。每当遇到一个复杂难懂的底层概念，比如宏定义的副作用或者函数调用的堆栈过程，它都会辅以大量的、精心构造的示例代码，而且这些代码往往都经过了反复的编译和运行验证，保证了零错误率。阅读过程中，我常常需要对照编译器文档来理解某些行为，但这本书提供的参照系，总是能将我拉回到C语言标准的核心定义上去，这是一种非常宝贵的学习体验。

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有这么多经典的教材不用，但凡懂一点C语言就想自己出个书，不过是浪费资源，自己圈点钱。

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华中科技大学

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你能气死我

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