ARM嵌入式技术实践教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:北京航空航天大学出版社

作者:刘振兴

出品人:

页数:340

译者:

出版时间:2005-2

价格:29.0

装帧:平装

isbn号码:9787810776028

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式
• linux
• ARM
• 嵌入式
• 实践
• 教程
• 单片机
• 开发
• Cortex-M
• 嵌入式系统
• 硬件
• 软件
• 物联网

现代工业控制系统的底层设计与实现 本书面向对嵌入式系统开发有一定基础，希望深入理解现代工业控制系统底层架构、软硬件协同设计以及实时操作系统应用的工程师、高级技术爱好者和在校研究生。 第一部分：工业控制系统的基础架构与硬件选型 第一章：工业控制系统的发展脉络与核心挑战 本章首先回顾了可编程逻辑控制器（PLC）的发展历程，并阐述了从传统继电器控制到基于微处理器的高级嵌入式控制平台的演变路径。重点分析了当前工业控制系统面临的几大挑战：提高实时性与确定性、增强网络通信的安全性与可靠性、以及如何实现边缘计算与云端数据的无缝集成。 详细介绍了工业控制系统的分层架构，包括现场总线层、控制器层、监视与管理层。深入探讨了在不同层级中对计算能力、内存带宽和I/O响应速度的需求差异。 第二章：高性能嵌入式处理器选型与系统初始化 本章聚焦于工业控制领域主流的处理器架构选择，如高性能的Cortex-A系列（用于复杂的HMI和数据处理）与高实时性的Cortex-R系列（用于核心运动控制）。我们将对不同指令集架构（ISA）的特点、功耗特性、内存保护单元（MPU/MMU）的配置进行对比分析。 详细讲解了系统启动流程的各个阶段：从上电复位（POR）到固件加载，包括Boot ROM/BL1/BL2/U-Boot的层次结构。特别强调了安全启动机制（Secure Boot）在工业环境中的重要性，包括如何使用硬件信任根（RoT）来验证固件的完整性。 第三章：高精度时间管理与中断系统设计 在工业控制中，纳秒级的时序精度至关重要。本章深入剖析了处理器内部的定时器（Timer）和看门狗（Watchdog）的硬件实现原理。讲解了如何通过配置多级时钟源（如PLL、分频器）来生成稳定、精确的系统时钟。 重点阐述了中断控制器（如NVIC/GIC）的优先级管理、嵌套中断处理机制以及中断延迟的最小化策略。通过具体案例展示了如何设计一个低抖动（Low Jitter）的硬件定时器中断服务程序（ISR），以满足周期性控制任务的严格时序要求。 第四章：非易失性存储器与数据持久化方案 工业控制数据需要高度的可靠性和长久的生命周期。本章对比了NAND Flash、eMMC、SPI NOR Flash在工业应用中的优缺点。详细介绍了闪存的磨损均衡（Wear Leveling）、坏块管理（Bad Block Management）和错误校验码（ECC）机制。 探讨了如何构建一个可靠的文件系统（如JFFS2, UBIFS）来应对断电等异常情况，并设计了关键配置数据的原子性写入策略，确保系统重启时状态的一致性。 第二部分：实时操作系统与任务调度机制 第五章：实时操作系统（RTOS）内核原理与选型 本章区分了通用操作系统（如Linux）与实时操作系统（RTOS）在内核设计上的核心差异，特别是对确定性（Determinism）的追求。详细介绍了FreeRTOS, VxWorks, RT-Thread等主流RTOS的内核结构。 重点分析了任务管理机制，包括任务状态转换、上下文切换的开销分析以及TCB（Task Control Block）的内部结构。讨论了如何根据控制周期、资源需求来合理地划分和配置任务优先级。 第六章：高级调度算法与时序分析 深入讲解了工业级实时调度的核心算法：固定优先级抢占式调度、轮转调度以及更高级的基于截止时间（Deadline）的调度策略，如最早截止时间优先（EDF）。 本章引入了关键的系统分析工具：响应时间分析（RTA）。演示如何使用RTA来精确计算最坏情况执行时间（WCET），并评估系统是否满足所有任务的周期和截止时间要求，这是保证控制系统稳定性的数学基础。 第七章：同步、互斥与资源竞争管理 在多任务环境中，资源共享是引入不确定性的主要来源。本章详细剖析了信号量、互斥锁、消息队列等基础同步原语的实现原理。 重点讨论了并发编程中两大经典难题：优先级反转（Priority Inversion）与死锁（Deadlock）。详细介绍了优先级继承协议（PIP）和优先级天花板协议（PCP）如何有效解决优先级反转问题，并提供了在设计控制回路时避免死锁的结构化方法。 第三部分：现场总线通信与网络集成 第八章：工业现场总线技术深度解析 本章不再是简单介绍各种总线，而是侧重于其底层数据链路层和物理层协议的实现细节。对比分析了CAN、RS-485/Modbus、EtherCAT等总线的帧结构、仲裁机制和数据传输特性。 特别关注了时间敏感网络（TSN）技术在工业以太网中的应用，讲解了IEEE 802.1Qbv（时间窗口接入）如何为确定性流量预留带宽，从而将传统以太网的抖动控制在微秒级别。 第九章：嵌入式系统中的高性能I/O驱动开发 本章聚焦于设计高效的I/O驱动程序，这是数据采集与控制执行的关键环节。讲解了如何使用DMA（直接内存访问）来高效地传输大量传感器数据，避免CPU在数据搬运上浪费周期。 详细探讨了中断驱动I/O与轮询I/O的使用场景权衡。通过实例演示了如何编写一个零拷贝（Zero-Copy）的数据接收模块，以最小化数据从硬件到应用层处理之间的延迟。 第十章：网络安全与远程诊断机制 随着工业物联网（IIoT）的发展，控制器的网络安全变得不可妥协。本章讨论了嵌入式设备上的安全实践，包括：端口过滤、基于证书的身份验证、以及固件更新过程中的完整性校验。 介绍了基于MQTT、OPC UA等协议的工业数据上云方案，并强调了数据加密（如TLS/DTLS）在边缘网关上的实现，确保控制数据在传输过程中的机密性和完整性。 第四章：系统性能优化与可靠性工程 第十一章：嵌入式系统的内存布局与缓存优化 本章深入处理器内部，探讨了Cache（L1/L2）的工作原理及其对应用程序性能的影响。讲解了如何通过内存对齐、数据结构重排和代码重定位来提高Cache命中率。 详细阐述了内存屏障（Memory Barrier）的使用场景，以及在多核系统中，如何正确地同步共享内存访问，以确保跨核操作的可见性。 第十二章：功耗管理与热设计考量 对于长时间运行的工业设备，功耗和散热是不可忽视的设计因素。本章分析了处理器动态电压和频率调节（DVFS）的原理，以及如何在满足实时性约束下，动态调整CPU频率以降低功耗。 讲解了如何利用硬件提供的低功耗模式（如睡眠、深度休眠）来延长电池供电设备的续航时间，并介绍了热敏电阻和数字温度传感器的集成，实现基于温度的性能降额控制。 第十三章：系统调试、故障注入与鲁棒性测试 本章强调了测试在工业级产品中的地位。介绍了JTAG/SWD接口的高级调试技巧，如硬件断点、跟踪点（Trace Points）的应用。 重点讲解了故障注入测试（Fault Injection Testing）方法，如何通过软件或硬件手段模拟电压跌落、内存位翻转、总线错误等，来验证系统的错误检测和恢复能力，从而构建真正鲁棒的工业控制软件。 --- 本书的特色： 本书不侧重于特定厂商的API调用或简单的“点亮LED”示例，而是深入探讨确定性、实时性、可靠性和系统级协同设计的底层原理和工程实践，为构建下一代高性能、高可靠性的工业嵌入式解决方案提供坚实的理论和实践基础。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度处理得非常巧妙，它成功地在“学术深度”和“工程实用性”之间找到了一个近乎完美的平衡点。我过去阅读过一些过于偏重理论的参考书，读完后依然感觉抓不住重点，也有些书则太过简化，以至于在实际项目开发中总感觉力不从心。然而，**《ARM嵌入式技术实践教程》** 在讲解诸如内存管理单元（MMU）或缓存一致性协议这类底层机制时，没有回避其复杂性，而是将其与实际应用场景紧密结合。例如，它会分析为什么在特定的多核架构下需要采用某种同步机制，并辅以实际运行效率对比的案例。这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，极大地激发了我对底层原理的好奇心和探索欲。我发现自己不再满足于仅仅调用库函数，而是开始主动去理解硬件是如何响应这些调用的。这种由表及里的学习路径，无疑为读者未来应对更复杂的嵌入式系统设计挑战打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格极其接地气，完全没有那种高高在上的专家口吻，读起来非常亲切，仿佛是同行间的经验分享会。作者似乎非常了解读者在学习过程中可能会遇到的困惑和挫败感，因此在关键的转折点，总会穿插一些个人经验或行业“潜规则”。例如，在讨论实时操作系统（RTOS）的任务调度时，它不仅解释了理论上的优先级继承，还特别指出在资源竞争激烈的大型项目中，如何通过合理的任务划分来规避死锁或优先级反转的实际风险。这种富含“人情味”的叙述方式，让冰冷的硬核技术变得鲜活起来，极大地增强了阅读的粘性。我常常在深夜里沉浸其中，不是因为被内容所迫，而是真正享受这种流畅的、毫无阻碍的知识传递过程。它成功地将技术书籍的严肃性与技术分享的愉悦感完美融合。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图设计着实让人眼前一亮，**《ARM嵌入式技术实践教程》** 的学习体验因此提升了不少。它似乎深谙读者的需求，在关键的技术点上，无论是电路图的布局还是代码示例的逻辑结构，都处理得非常清晰。我尤其欣赏作者在解释复杂概念时所采取的那种循序渐进的叙事方式，就像一位经验丰富的工程师在旁边手把手地指导，而不是冷冰冰地堆砌术语。比如，它在讲解中断处理流程时，并没有直接跳到寄存器操作的细节，而是先用一个宏观的流程图展示了整个硬件和软件交互的脉络，这对于初学者建立系统性的认知至关重要。书中对开发工具链的介绍也相当到位，从交叉编译器的安装配置到调试器的使用技巧，都做了细致入微的说明，确保读者不会在工具设置的泥潭里耗费过多时间。这种对实践路径的细致考量，使得原本可能枯燥的理论学习过程变得更加流畅和有成就感。总而言之，这是一本在视觉和结构上都经过精心打磨的教材，极大地降低了入门的门槛。

评分☆☆☆☆☆

这本书在技术栈的选取和前瞻性方面表现出色，展现了作者对当前嵌入式行业发展趋势的深刻洞察。它不仅仅停留在对传统8位或32位微控制器的基础介绍上，而是将重点放在了如何面向现代高性能计算和物联网（IoT）应用进行系统设计。比如，它对总线架构的分析，就非常着眼于高性能SoC内部的数据流效率，这对于需要进行功耗优化或带宽密集型数据处理的工程师来说，是至关重要的信息。此外，书中对安全启动和固件更新机制的探讨，也紧跟当前行业对设备可靠性和安全性的高要求。这些内容往往是初级教程中缺失的，但却是实际产品开发中决定成败的关键环节。通过对这些前沿且实用的模块的学习，我感觉自己掌握的知识结构更符合当前技术社区的主流需求，为我未来的职业发展提供了清晰的路线图。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，体验起来更像是一次项目驱动的学习旅程，而不是传统的知识灌输。它非常注重“做中学”的理念，书中的每一个章节几乎都伴随着一个可以立即在真实硬件上验证的小项目或实验。这些实验的设计非常贴合行业内常见的问题和需求，从基础的GPIO控制到更高级的网络通信协议栈实现，层次分明。更难能可贵的是，作者在描述实验步骤时，充分考虑到了不同硬件平台可能存在的细微差异，并提供了相应的解决方案和注意事项。这避免了许多教材中“我的代码在你板子上跑不起来”的尴尬局面。我特别欣赏它在错误处理和调试技巧方面的探讨，它没有避开那些“灰色地带”——即代码看起来没错但就是无法工作的常见陷阱。通过书中提供的诊断思路和调试日志分析方法，我成功地解决了几个困扰我已久的代码bug，这不仅仅是学会了知识，更是掌握了一套解决问题的思维框架。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆