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出版者:文魁

作者:劉志安

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002年03月05日

价格:NT$ 380

装帧:

isbn号码:9789574663958

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• 接口技术
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《嵌入式系统硬件接口设计与应用实践》 内容简介 本书深入探讨了现代嵌入式系统设计中至关重要的硬件接口技术，旨在为工程师和高级电子设计爱好者提供一套全面且实用的理论指导和工程实践经验。全书以模块化结构组织，覆盖了从基础信号完整性到复杂高速总线协议的多个关键层面，重点聚焦于如何高效、可靠地在资源受限的嵌入式平台上集成和优化外部设备。 第一部分：基础理论与信号完整性 本部分奠定坚实的理论基础，是理解后续高速接口设计的基石。 第一章：嵌入式系统概述与接口选择原则 本章首先回顾了嵌入式系统的基本架构，包括微控制器（MCU）、系统级芯片（SoC）的核心组成。随后，详细阐述了接口选择的决策树——如何根据数据速率需求、功耗预算、成本约束、以及实时性要求来科学地选择最合适的物理层协议。内容涵盖了并行总线与串行总线的优劣对比，以及不同应用场景下的接口适配策略，如传感器数据采集、人机交互界面（HMI）连接等。 第二章：信号完整性基础与电源完整性（PI） 在追求更高数据传输速率的今天，信号完整性（SI）已成为硬件设计的核心挑战。本章深入剖析了信号传输中的关键物理现象：反射、串扰（Crosstalk）、损耗（Attenuation）和时域反射（TDR）。详细讲解了传输线理论在PCB设计中的应用，包括特性阻抗的控制、端接技术（串联、并联、AC/DC偏置）的选择与计算，以及如何使用仿真工具辅助设计验证。 电源完整性部分则强调了“干净”电源对稳定运行的重要性。内容涉及去耦电容的优化布局、电源分配网络的（PDN）设计、地弹（Ground Bounce）的分析与抑制，并结合实际案例展示了如何通过合理的电源层规划降低噪声耦合。 第二部分：通用异步与同步串行接口 本部分聚焦于嵌入式系统中最为常见且应用广泛的低速至中速串行通信协议的原理、实现及调试技巧。 第三章：通用异步收发器（UART）与RS系列接口 本章详述了UART协议的帧结构、波特率的精确生成与同步机制。重点分析了RS-232、RS-485等标准接口的电气特性、驱动器/接收器的选型，以及如何在长距离通信和多点网络中利用RS-485实现半双工通信。提供了基于MCU外设寄存器和软件模拟的UART实现范例。 第四章：I²C总线的高效应用与多主控挑战 深入剖析I²C（Inter-Integrated Circuit）总线的两线制通信机制，包括START/STOP条件、地址仲裁（Arbitration）的原理。本章超越基础读写，重点讨论了如何处理时钟延伸（Clock Stretching）、多主控环境下的冲突解决，以及如何优化I²C总线的上拉电阻选择以平衡速度与功耗。同时，探讨了SMBus等兼容协议的特性。 第五章：SPI总线的高速数据传输优化 SPI（Serial Peripheral Interface）以其全双工和相对较高的速度成为连接闪存、显示控制器和ADC/DAC的首选。本章详细区分了四种SPI模式（CPOL/CPHA的组合），并提供了在嵌入式系统中实现DMA（直接内存访问）与SPI接口结合以提升吞吐量的实战教程。内容还包括SS（片选）信号的控制策略和多设备级联的实现方法。 第三部分：高速数据传输与外设互连 本部分转向需要更高带宽和更复杂协议栈的现代接口技术。 第六章：高速并行与低压差分信号（LVDS） 针对需要传输大量数据流的应用（如高分辨率图像采集），本章介绍了并行接口的设计挑战，特别是时序对齐（Deskew）的必要性。随后，详细介绍了LVDS作为一种抗噪能力强的差分信号标准，其电气特性、驱动器和接收器的匹配要求，以及在PCB上实现等长蛇形走线（Serpentine Routing）的布局规则。 第七章：外设组件互连（PCIe与SATA简介） 虽然PCIe和SATA通常用于更高级的计算平台，但理解其底层原理对设计下一代高性能嵌入式边缘计算节点至关重要。本章不涉及复杂的软件协议栈，而是侧重于硬件层面：PCIe的差分对设计规则、链路训练的基本流程，以及SATA的物理层信号特征和接口布局的关键考量，帮助读者理解向更高带宽迁移的技术路径。 第八章：显示与图像接口（MIPI CSI/DSI与HDMI/DP基础） 本章关注于嵌入式视觉系统中的数据传输。MIPI（移动产业处理器接口）因其低功耗和高带宽特性，在移动设备和ADAS系统中占据主导地位。详细解析了CSI（Camera Serial Interface）和DSI（Display Serial Interface）的D-PHY层结构、Lane数选择及时钟恢复机制。同时，简要对比了HDMI和DisplayPort在嵌入式输出场景下的驱动要求与热插拔检测（HPD）机制。 第四部分：可靠性、调试与工具链 第九章：接口故障诊断与调试技术 硬件设计完成后，可靠的调试至关重要。本章提供了实用的故障排除流程。重点讲解了如何使用示波器进行眼图（Eye Diagram）分析以评估高速信号质量；如何利用逻辑分析仪捕获和解码I²C、SPI等协议数据；以及故障注入测试在验证接口鲁棒性中的作用。 第十章：接口的电磁兼容性（EMC）考量 EMC是产品能否成功上市的关键。本章结合接口设计讲解了辐射发射（RE）和抗扰度（RI）的来源与抑制。内容包括：如何通过地平面设计、阻抗匹配、滤波器的合理选型（共模扼流圈、TVS管）来满足EMC标准，特别强调了高速差分对的包地（Guard Traces）策略。 全书配有大量电路图、PCB布局示意图和实际的波形截图，理论讲解紧密结合工程实践，旨在培养读者从系统级需求到具体引脚驱动的完整设计能力。

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**第三段评价** 这本书在语言风格上呈现出一种沉稳而富有洞察力的学者气质，文字精准、用词考究，绝无含糊不清之处。作者似乎对所论述的技术有着近乎痴迷的深度理解，这使得即便是最枯燥的技术规范，经过他的阐述后也变得生动起来。书中对历史演变脉络的梳理尤其出色。它没有停留在描述“现状”，而是花了相当篇幅回顾了前代接口标准在特定应用场景中遇到的瓶颈，正是这些瓶颈，催生了当前接口技术的改进方向。这种“知其然，更知其所以然”的叙述方式，让读者在理解当前技术标准的同时，也能预见到未来技术迭代的可能方向。此外，书中对不同操作系统内核中对应驱动层面的抽象描述，也处理得非常到位，它清晰地区分了硬件层面的物理操作与操作系统抽象层面的逻辑调用之间的界限，帮助读者构建起一个完整、分层的认知模型。对于那些试图深入内核、进行定制化开发的读者来说，这种跨越抽象层次的讲解，是极大的福音，它避免了陷入仅停留在应用层调用的肤浅认知。

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**第五段评价** 在内容广度上，这本书也展现了极大的包容性。它不仅深入探讨了核心的通信协议和电气特性，还巧妙地融入了相关领域的交叉知识。例如，在讲解信号完整性（SI）问题时，书中并没有将它作为一个单独的章节处理，而是将其融入到高速数据传输的章节中，以一种“伴随式讲解”的方式出现。作者用非常直观的比喻，解释了诸如串扰、反射和阻抗匹配这些看似高深的物理学概念，使其对于非电子工程背景的软件工程师也变得易于理解。此外，对于调试和验证工具的使用方法，书中也给予了足够的篇幅介绍，它推荐了几款行业内主流的逻辑分析仪和示波器操作范例，指导读者如何配置捕获设置来观察特定的时序事件，这使得理论知识可以无缝对接至实际的硬件调试工作流中。总而言之，这本书的价值在于它成功地搭建了一座理论殿堂与工程实践之间的坚实桥梁，它不仅告诉你“是什么”，更教会你“如何用”以及“为什么这样用最有效”。

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**第四段评价** 全书的配套资源支持是我认为其超越同类书籍的又一亮点。随书附带的那个代码库组织得井井有条，每一个示例项目都配置成了可直接编译运行的状态，依赖管理清晰明确，省去了读者大量配置环境的时间。更重要的是，这些代码不是那种“只为演示功能而存在的骨架代码”，而是具有相当工程化水平的模块。例如，错误处理机制的设计充分考虑了异常情况下的恢复策略，而不是简单地打印几行错误信息就结束。书中多次提及的几个核心算法，在代码中都以高可读性的方式实现，注释详尽，但又不过分冗余，更多的是强调关键逻辑点的设计意图。对于我个人而言，在学习过程中，我习惯于对照代码来反向理解理论，而这本书提供的代码示例恰好完美契合了这种学习习惯，它像一个耐心的导师，在你对理论产生疑问时，立即指向一个可运行的、被证明有效的实现范例，使得知识的吸收过程高效且反馈及时。这种软硬件结合的学习体验，是纯理论书籍难以比拟的。

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**第二段评价** 我最欣赏这本书的地方在于其内容组织和知识递进的巧妙安排。它不像有些技术书籍那样，上来就堆砌晦涩难懂的寄存器地址和时序图，而是采取了一种“问题驱动”的教学方式。每一个技术章节的开启，都是基于一个实际工程中可能会遇到的典型难题，然后循序渐进地剖析如何利用底层接口特性来解决它。这种方法极大地增强了学习的代入感和实用性。例如，在讲解数据包的打包和解包过程中，书中设计了一系列循序渐进的练习，从最简单的单字节读写，逐步过渡到多块数据的异步传输模拟，每一步都有明确的测试用例和预期结果，读者可以随时停下来进行验证，极大地降低了调试的挫败感。更令人称道的是，作者在描述硬件操作规范时，会适时地穿插一些“陷阱提示”或“性能优化建议”，这些经验之谈往往是标准文档中不会明确指出的“潜规则”，对于希望写出健壮、高效代码的工程师来说，这些无价的经验总结比纯理论知识更有价值。阅读过程中，我感觉到自己不再是单纯地在模仿代码，而是在学习一种解决问题的思维框架，这对于提升整体的系统设计能力非常有帮助。

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**第一段评价** 这本书的装帧设计非常考究，封面采用了哑光材质，触感细腻，色彩搭配上选择了沉稳的深蓝色与明亮的橙色作为点缀，给人一种既专业又不失活力的感觉。内页纸张的质量也值得称赞，厚实且不易反光，长时间阅读下来眼睛不易疲劳。特别是排版方面，作者在章节标题和正文之间的留白处理得非常到位，使得阅读节奏舒缓有致。书中对关键概念的解释，常常伴随着精美的图示或流程图，这些图例不仅美观，更重要的是其信息密度极高，一眼就能抓住核心要点。比如，介绍某个复杂的数据传输协议时，图示清晰地展示了数据包的结构和流向，即便是初次接触的读者也能迅速建立起直观的认识。此外，书本在引言部分对整个技术领域的宏观背景进行了深入浅出的介绍，为后续深入技术细节打下了坚实的理论基础，让人在开始动手实践之前，就对“为什么”有了充分的理解。作者的叙事风格非常严谨，逻辑链条清晰有力，没有冗余的口水话，每一个段落似乎都在推动知识的积累，读起来让人感到充实和过瘾，仿佛正在进行一次结构化的、高效率的学习之旅。这种对细节的极致追求，体现了作者对读者的尊重和对知识本身的敬畏。

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