微型计算机原理与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:张久文

出品人:

页数:343

译者:

出版时间:2005-4

价格:32.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111159896

丛书系列:

图书标签:

• 微型计算机
• 计算机原理
• 接口技术
• 汇编语言
• 8086
• 微处理器
• 计算机系统
• 硬件
• 电子技术
• 数字电路

《现代嵌入式系统设计与实践》 本书导读： 在信息技术日新月异的今天，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能手机、物联网设备到工业控制和汽车电子。然而，要真正掌握嵌入式系统的设计与实现，需要一套系统且前沿的知识体系。本书《现代嵌入式系统设计与实践》，正是为有志于此领域的工程师、科研人员和高年级学生精心打造的深度技术指南。它并非停留在对基础电子元器件的简单介绍，而是立足于当前主流的处理器架构和开发工具，深入剖析了构建高性能、低功耗、高可靠性嵌入式系统的核心技术。 本书内容结构严谨，逻辑清晰，旨在帮助读者构建从硬件基础到复杂软件实现的完整认知链条。我们避免了对已成为历史的过时技术的冗长论述，而是聚焦于当下工业界和学术界普遍采用的先进技术栈。全书围绕“系统级思维”展开，强调软硬件协同设计的重要性。 --- 第一部分：核心处理器架构与底层硬件基础（约400字） 本部分奠定坚实的硬件基础，重点剖析现代嵌入式系统中最常用的处理器内核——基于ARM Cortex-M和Cortex-A系列的架构细节。我们不仅讲解指令集的基本原理，更深入探讨了微处理器中的流水线技术、缓存一致性机制以及特权级（Privilege Levels）的划分与管理，这是理解操作系统和驱动程序运行机制的关键。 具体内容涵盖： 1. Cortex-M系列（如M3/M4/M7）的NVIC（嵌套向量中断控制器）的精确配置与优先级分组。阐述如何通过高效的中断处理来满足实时性要求。 2. Cortex-A系列的基本内存管理单元（MMU）的初始化流程。详细解析页表结构、TLB（转换后备缓冲区）的工作原理，为后续学习Linux内核移植打下基础。 3. 总线架构解析： 对AMBA 4 AXI/AHB等高级片上总线协议进行深入分析，理解不同IP核之间如何高效通信，以及仲裁机制对系统性能的影响。 4. 电源管理单元（PMU）与低功耗设计： 探讨各种睡眠模式（Sleep, Deep Sleep, Shutdown）的触发条件、唤醒源配置，以及时钟门控（Clock Gating）技术在实际项目中的应用。 --- 第二部分：实时操作系统（RTOS）深度剖析与应用（约550字） 在追求高确定性和多任务调度的现代嵌入式系统中，RTOS是不可或缺的软件基石。本部分将《微型计算机原理与接口技术》中涉及的基础中断处理和简单轮询机制，提升至多任务、资源竞争的复杂环境。 我们选取了当前应用最广泛的FreeRTOS和Zephyr作为主要案例进行讲解，并辅以μC/OS-III的经典设计思想。 重点章节包括： 1. 任务调度机制的精细化控制： 详细对比优先级继承（Priority Inheritance）、优先级天花板（Priority Ceiling）等死锁避免策略。不再只是讲解任务创建和删除，而是深入到内核调度器源码级别的分析。 2. 高级同步与互斥原语： 除了信号量（Semaphore）和互斥锁（Mutex），重点讲解消息队列（Message Queue）在跨任务通信中的高效性、事件组（Event Group）的使用场景，以及如何避免竞态条件和优先级反转。 3. 中断服务程序（ISR）与RTOS的交互： 探讨ISR中应执行的工作量限制，以及如何安全地从ISR唤醒或通知上层任务。 4. 内存管理在RTOS中的挑战： 分析RTOS中的堆（Heap）管理策略（如动态内存分配的碎片化问题），并介绍内存池（Memory Pool）等静态分配机制的实现优势。 5. 时间服务与定时器管理： 深入讲解软件定时器的工作原理及其在实现非阻塞延迟和周期性任务中的应用。 --- 第三部分：系统级软件开发与驱动模型（约400字） 嵌入式系统的核心价值在于其对物理世界的精确控制与交互。本部分将视角从单一内核扩展到整个系统软件栈，特别是针对Linux嵌入式系统的开发与驱动编写。 内容侧重于： 1. 设备树（Device Tree, DT）详解： 讲解DT在现代ARM系统中的作用，如何描述硬件拓扑，以及内核如何解析DT来初始化设备，取代了传统的设备ID表硬编码方式。 2. Linux内核模块（LKM）开发： 详细阐述内核模块的编译、加载与卸载流程。重点讲解字符设备驱动模型（如`cdev`结构体、`file_operations`）的完整实现，包括`open`, `read`, `write`, `ioctl`等核心回调函数的编写规范。 3. 中断处理与下半部机制： 深入讲解Linux内核中的软中断（Softirq）、Tasklet和工作队列（Workqueue），分析它们在处理耗时中断逻辑时的性能和适用性，实现中断处理的“快进快出”。 4. 内存映射与用户空间通信： 解析mmap()系统调用在设备驱动中的应用，实现用户空间程序对硬件寄存器或缓冲区的高效访问。 --- 第四部分：现代嵌入式系统的设计范式与调试方法（约200字） 本书的最后一部分着眼于工程实践，介绍如何提升系统可靠性和开发效率。 1. 固件更新机制（OTA）： 探讨安全可靠的A/B分区（Atomic Updates）方案，以及如何设计差分包和验证机制来保证系统在更新失败时仍能恢复。 2. 系统级调试工具链： 详细介绍JTAG/SWD接口的高级用法，包括硬件断点、跟踪点（Trace Points）的使用，以及如何利用DAP（Debug Access Port）进行非侵入式调试。同时，介绍GDB远程调试在RTOS和Linux环境下的配置与使用技巧。 3. 静态分析与代码质量： 介绍使用MISRA C规则集和Coverity/Cppcheck等工具对嵌入式代码进行静态分析，提前发现潜在的并发错误和资源泄漏问题。 --- 本书特色总结： 《现代嵌入式系统设计与实践》完全聚焦于当前主流的32位/64位高性能嵌入式平台，内容上深度聚焦于实时调度、先进总线架构和内核驱动模型。本书假定读者已掌握C语言基础和数字电路基本概念，直接切入复杂系统的构建逻辑，旨在培养读者“从芯片手册到完整应用”的系统集成能力。它提供的不是知识点的罗列，而是一套解决复杂实时和并发问题的完整工程方法论。

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我必须承认，这本书的深度确实对初学者构成了一定的挑战，但这绝不是缺点，反而是它价值的体现。它绝不是那种让你快速扫过一遍就能“会用”的速成指南，它要求读者投入时间和精力去消化那些相互关联的知识点。例如，当你理解了时钟周期和总线仲裁机制后，才能真正领悟中断响应的延迟是如何产生的，这两者是相互嵌入的。书中的例题和自我测试环节设计得非常巧妙，它们往往不是简单的填空题或选择题，而是需要你根据给定的微处理器状态图或时序波形，推导出下一步的寄存器变化或输出信号。这种“逆向工程式”的练习，极大地锻炼了读者的逻辑推理能力和严谨性。我发现，很多困扰我已久的软件bug，其根源其实在于对硬件时序理解的偏差，而这本书恰恰提供了这种高精度的“时序思维”。如果你只是想了解一下微机是什么，这本书可能略显沉重；但如果你渴望成为那个能深入到晶体管层面理解计算过程的工程师，那么这本书无疑是一张通往核心技术的精准导航图，它的严谨性是其最大的优点。

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这本书简直是为我这种对电路板和芯片着迷的人量身定做的！拿到《微型计算机原理与接口技术》时，我最期待的就是它能否深入浅出地剖析那些看似高深莫测的底层逻辑。说实话，市面上很多教材要么过于理论化，充斥着晦涩的数学公式，读起来像在啃一本天书；要么就是过于肤浅，只停留在“是什么”的层面，完全不涉及“为什么是这样”的内核。这本书的优势在于，它搭建了一个非常扎实的理论框架，然后用大量的实例和清晰的图示，将微处理器的架构、数据通路、控制单元的工作流程，甚至中断处理机制，都描绘得一清二楚。特别是关于总线接口部分，作者似乎深谙读者的困惑点，对不同类型的接口标准（比如早期的并行I/O到后来的串行高速总线）的演进逻辑讲解得非常有条理。我特别喜欢它在介绍内存管理时，那种循序渐进的讲解方式，从物理地址到逻辑地址的转换过程，不再是几个公式的堆砌，而是仿佛在带领读者亲手搭建一个简易的内存映射系统。对于我这种想从应用层深入到硬件层理解计算机“呼吸”的人来说，这本书提供了必要的“蓝图”。它不仅仅是一本教科书，更像是一份详尽的“工程手册”，指导你如何理解并最终驾驭微型系统的核心技术。我花了相当时间对照书中的章节去搭建自己的简单实验平台，收获远超预期。

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我购买这本书主要是为了弥补我在嵌入式系统设计中长期存在的“接口盲区”。很多时候，我们拿到一块开发板，可以直接调用库函数进行串口通信或SPI读写，但一旦遇到设备不兼容、波特率计算错误或者时序冲突等“疑难杂症”，往往束手无策，因为对底层接口协议的理解不够深入。这本书的后半部分，专门针对各种关键的I/O接口技术进行了详尽的阐述，这一点正中我的下怀。它不仅仅罗列了接口规范，更重要的是，它讲解了为什么这些规范会被设计成这个样子，比如DMA（直接内存访问）的引入是为了解决什么瓶颈，以及中断控制器在多任务环境下的优先级仲裁逻辑是如何运作的。书中的电路图和逻辑框图都非常精细，特别是对一些老式但仍广泛存在于工控领域接口（如RS-232、并行打印机接口的底层机制）的追溯，展现了作者深厚的行业经验。通过对比学习，我清晰地明白了现代高速接口如何从这些基础接口中吸取教训并迭代升级。这本书真正做到了“授人以渔”，让我现在处理那些看似棘手的硬件交互问题时，能从原理层面进行诊断和修复，而不是仅仅依赖于搜索引擎查找碎片化的解决方案。

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坦白说，我原本对这类偏“原理”的教材抱有一定程度的戒心，生怕内容过于陈旧，跟不上日新月异的硬件发展速度。然而，《微型计算机原理与接口技术》在处理经典理论和现代技术融合方面做出了一个极佳的平衡。它没有沉迷于追逐最新的处理器型号，而是将重心放在了那些具有普适性和长期价值的微机核心概念上，比如流水线技术、缓存一致性、页表管理等。这些是无论CPU如何迭代，其基础逻辑都不会轻易改变的“内功心法”。但同时，作者又非常巧妙地穿插了对现代设计趋势的讨论，比如在谈及并行处理时，会适时引入多核架构和SIMD指令集的概念，让读者明白经典原理是如何被扩展以适应现代高性能计算需求的。这种“立足经典，放眼未来”的叙事策略，让整本书的生命力得以延长。我感觉自己读完后，不仅能看懂旧的系统设计文档，也能对最新的架构手册中出现的缩写和概念有一个快速的对焦能力。这对于一个希望在技术领域持续深耕的人来说，是至关重要的“知识复利”。

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这本书的排版和内容组织方式，让阅读体验变得出奇地流畅，这对于一本技术类书籍来说简直是太难得了。通常技术书为了塞进更多内容，会把版面设计得极其拥挤，密密麻麻的文字和代码块挤在一起，看久了眼睛生疼，思路也容易中断。但《微型计算机原理与接口技术》在这方面做得非常出色，它采用了大量的留白和结构化的章节标题，使得即使是涉及复杂的时序图和寄存器配置，也能保持视觉上的清晰度。更值得称赞的是，作者在介绍概念时，从不吝啬于用类比来帮助理解。比如，在讲解CPU执行指令周期的不同阶段时，他用了一个非常生动的比喻，将取指、译码、执行过程比作一个高效运转的流水线工厂，一下子就抓住了核心概念的精髓，避免了陷入纯粹的术语泥潭。此外，书中对不同体系结构（比如RISC与CISC的差异）的比较分析也做到了公允和深入，不是偏袒某一种设计哲学，而是客观地分析了它们在特定应用场景下的优劣权衡。读完前几章，我感觉自己对“指令集”这个抽象的概念有了实质性的认识，不再只是停留在背诵几个助记符的层面，而是理解了这些指令是如何转化为硬件层面的操作的。这本教材在“如何教”这个层面上，绝对是业内顶尖水准。

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