数字电路与逻辑设计学习指导与题解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:第1版 (2005年4月1日)

作者:曹汉房

出品人:

页数:245

译者:

出版时间:2005-4

价格:22.00

装帧:平装

isbn号码:9787560933535

丛书系列:

图书标签:

• 数字电路
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现代嵌入式系统设计与实践 摘要 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索现代嵌入式系统的设计、实现与应用。随着物联网（IoT）、人工智能（AI）以及工业自动化等领域的快速发展，嵌入式系统已成为信息技术基础设施的核心组成部分。本书摒弃了对基础数字电路理论的重复论述，而是聚焦于系统级的设计方法、软硬件协同优化、实时性保障以及现代开发工具链的应用。内容涵盖从微控制器（MCU）和微处理器（MPU）架构选型，到操作系统（如FreeRTOS、Linux）移植与驱动开发，再到系统级功耗管理和安全性增强等关键环节。本书强调实践操作，通过大量的工程实例和项目案例，引导读者掌握将理论知识转化为可靠、高效嵌入式产品的工程能力。 第一章：嵌入式系统概览与架构选型 本章首先概述了嵌入式系统在当代技术生态中的战略地位，区分了不同类型的嵌入式设备（如传感器节点、控制器、边缘计算设备）。重点解析了主流处理器选型标准，包括指令集架构（ISA）的选择（如ARM Cortex-M/R/A系列、RISC-V），并详细对比了各类内存和外设的性能特点。 1.1 嵌入式系统的分层结构： 从感知层、网络层到应用层，解析各层的功能需求与技术栈。 1.2 处理器选型与性能评估： 深入探讨时钟频率、总线带宽、缓存策略（Cache Hierarchy）对系统性能的影响，并引入实时性指标（如中断延迟、任务切换时间）作为关键评估维度。 1.3 片上系统（SoC）的集成度分析： 探讨现代SoC内部模块（如DMA控制器、定时器、高级通信接口）的设计与配置，强调硬件加速在嵌入式应用中的作用。 第二章：实时操作系统（RTOS）原理与高级应用 传统的裸机编程已无法满足复杂嵌入式应用对并发性、资源管理和可维护性的要求。本章深入剖析实时操作系统的核心机制，并以FreeRTOS为例，详细阐述其在资源受限环境中的应用。 2.1 RTOS 内核核心机制： 任务管理（创建、删除、优先级继承）、上下文切换的底层实现原理，以及时间片轮转与抢占式调度的差异。 2.2 进程间通信（IPC）与同步机制： 详尽分析信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）在避免竞态条件中的正确使用，并探讨消息队列（Message Queue）和事件组（Event Group）在高并发场景下的数据流控制。特别关注优先级反转问题及其解决方案。 2.3 内存管理在RTOS中的挑战： 探讨静态内存分配与动态内存分配策略（如内存池），以及如何在高可靠性要求下减少内存碎片化。 2.4 中断服务程序（ISR）与任务的协同： 阐述ISR的最佳实践，如何安全地向高层任务传递事件，避免ISR内部的复杂计算。 第三章：设备驱动程序开发与底层交互 本章聚焦于如何有效地驱动和配置系统中的各种硬件外设，这是连接软件逻辑与物理世界的关键桥梁。 3.1 通用硬件接口详解： 深入讲解SPI、I2C、UART等串行通信协议的电气特性、时序图和编程模型。重点分析不同模式（如主/从、多设备寻址）下的数据收发流程。 3.2 模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）： 探讨采样定理在嵌入式采集中的应用，解析过采样、欠采样技术，以及如何利用DMA（直接内存访问）实现高效、无CPU干预的数据搬运。 3.3 定时器与脉冲宽度调制（PWM）： 讲解高级定时器（如互补输出、死区控制）在电机控制、电源管理中的应用，以及如何通过定时器实现精确的软件延时和事件调度。 3.4 总线架构与中断控制器： 分析中断向量表、中断优先级配置，以及如何利用总线矩阵优化数据访问路径，减少总线仲裁冲突。 第四章：嵌入式Linux系统构建与应用 对于需要复杂网络协议栈、图形用户界面或大量计算资源的设备，嵌入式Linux是首选平台。本章侧重于系统级的裁剪、编译和驱动开发。 4.1 Buildroot与Yocto项目的应用： 介绍交叉编译工具链的配置、根文件系统的构建方法，以及如何最小化系统镜像以适应存储资源受限的设备。 4.2 嵌入式Linux启动流程分析： 从Bootloader（如U-Boot）的初始化到内核的加载与启动，解析设备树（Device Tree Blob, DTB）的作用及其在硬件描述中的重要性。 4.3 Linux驱动程序框架（LKD）： 详细介绍字符设备驱动、块设备驱动和网络驱动的基本结构，重点讲解Linux内核模块的加载、卸载及与用户空间的通信机制（如/dev节点、ioctl）。 4.4 用户空间与内核空间通信： 深入剖析通过系统调用、proc文件系统、sysfs以及Netlink套接字进行高效数据交换的方法。 第五章：系统性能优化与功耗管理 在电池供电和边缘计算场景中，性能与功耗的平衡至关重要。本章提供工程实践中常用的优化手段。 5.1 性能分析工具链： 介绍GDB在嵌入式环境下的远程调试技巧，使用Perf工具进行内核和应用程序的事件计数与性能剖析，以及静态代码分析工具的应用。 5.2 低功耗设计策略： 分析不同睡眠模式（如深度睡眠、待机模式）的唤醒延迟与功耗特性。讲解如何通过时钟门控（Clock Gating）和电源域切换来动态管理功耗。 5.3 固件的OTA（空中下载）与版本控制： 讨论安全、可靠的固件更新机制设计，包括A/B分区策略、回滚机制以及数据一致性校验。 第六章：嵌入式系统安全基础 随着设备接入互联网，安全问题日益突出。本章探讨了嵌入式系统在硬件和软件层面的安全加固技术。 6.1 硬件信任根（RoT）： 介绍物理不可克隆函数（PUF）、安全启动（Secure Boot）的原理，以及如何利用硬件加密加速器进行密钥保护。 6.2 软件层面的安全实践： 缓冲区溢出防护、栈保护（Stack Canary）、地址空间布局随机化（ASLR）在嵌入式平台上的应用与限制。 6.3 加密通信： 简要介绍TLS/DTLS在嵌入式设备上的轻量级实现，以及固件签名验证机制。 附录 A：RISC-V 架构简介与开发环境配置 附录介绍新兴的RISC-V开源指令集架构，包括其模块化设计优势，并指导读者搭建一个基础的RISC-V交叉编译和仿真环境。 附录 B：调试与故障排除实用技巧 提供针对常见硬件初始化失败、RTOS死锁、通信协议错误等问题的系统化诊断流程和实用命令行工具（如JTAG/SWD调试器的高级用法）。

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从装帧和材质上看，这本书的制作工艺也透露出一种廉价感。纸张的质量非常一般，印刷的清晰度时好时坏，尤其是在处理复杂的线条图时，经常出现墨迹不均或者线条模糊的情况，这对于需要精确识别电路图的学习者来说，简直是雪上加霜。书脊在几次翻阅后就开始出现松动的迹象，我担心这本书的寿命不会太长。这种低劣的物料选择，不仅影响了阅读体验，也让这本书的整体价值感大打折扣。一本承载着知识和学习过程的工具书，理应具备一定的耐用性和视觉舒适度。遗憾的是，这本书在物质层面上也未能给我带来任何积极的感受，它更像是一个匆忙赶制出来的草稿本，而不是一本值得珍藏的学习资料。

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这本书的排版简直是一场灾难，简直让人抓狂！我拿到书后，立刻被那些密密麻麻的字体和混乱的章节结构给劝退了。书中的图表总是插在正文的中间，而且很多关键的公式推导过程被草草带过，根本看不出个所以然。更要命的是，有些页码居然对应不上，翻起来完全没有章法可循，简直是浪费时间。我本来是想通过这本书来巩固基础的，结果光是适应这种阅读体验就花了我大半精力。作者似乎没有花足够的心思去组织内容，只是把一些零散的知识点堆砌在一起，使得整个阅读过程断断续续，毫无连贯性。特别是对于初学者来说，这样的书籍简直是噩梦，完全无法建立起一个清晰的知识体系。如果不是因为手头上实在找不到其他替代品，我真想立刻把这本“印刷品”扔进回收站。那种阅读的挫败感，比做一道复杂的逻辑电路题还要让人头疼。

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我必须承认，这本书的习题部分是其最大的败笔之一。大量的题目重复性极高，而且很多所谓的“例题”和“课后习题”在解析上简直是敷衍了事。很多题目的解题步骤直接跳过了关键的推理环节，只是给出了一个最终答案，这对于学习者来说没有任何帮助。你很难通过这种“答案导向”的练习方式真正理解背后的原理。更夸张的是，我发现有几道题目的参考答案本身就是错误的，这让我花费了大量时间去验证，结果发现是书本出了问题，而不是我的理解有偏差。这种质量控制的疏漏，极大地打击了学习的积极性。如果一本学习指导书的习题设计如此草率，那么它在指导学习方面的作用也就大打折扣了。我宁愿花时间去钻研更具挑战性、解析更详尽的外部资源，也不愿意在这些低质量的练习题上浪费时间。

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这本书的理论深度和广度完全不符合我的预期，感觉像是高中水平的入门读物，对于一个已经有一定基础的学习者来说，简直是食之无味弃之可惜。书中对很多核心概念的阐述都停留在表面，缺乏深入的分析和探讨。比如，在讨论时序逻辑电路时，对于各种触发器的特性和复杂状态机的设计，讲解得过于简略，很多关键的优化技巧和实际应用中的陷阱都没有提及。我期待的是能从书中找到一些“干货”，一些能帮助我解决实际工程问题的思路，但这本书提供的更多是教科书式的陈词滥调。每一次尝试深入研究某个知识点，最终都发现这本书只能提供一个模糊的轮廓，无法给我提供坚实的支撑。这种浅尝辄止的态度，对于希望精进技术的读者来说，是一种极大的浪费。我更希望看到的是对电路设计哲学更深层次的思考，而不是简单的知识罗列。

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这本书的语言风格让我感到非常疏离和冰冷，完全没有将读者放在“学习伙伴”的位置上。它的叙述方式非常机械化，充满了那种老旧的教材腔调，仿佛作者是在对一台机器进行编程，而不是在向一个渴望知识的人传授经验。句子结构冗长且拗口，充斥着晦涩难懂的学术术语，但对于这些术语的引入和解释却常常缺乏必要的上下文铺垫。读起来感觉像是在啃一块干瘪的木头，每前进一步都需要耗费极大的意志力去消化那些生硬的表达。我更喜欢那种能够激发好奇心、用生动的语言引导思考的书籍，而这本书显然属于反面教材。它没有成功地将复杂的数字电路概念转化为易于理解的知识结构，反而通过僵硬的文字将它们塑造成了难以逾越的障碍。

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