ARM嵌入式系统实验教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:周立功

出品人:

页数:342

译者:

出版时间:2005-10

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787810777292

丛书系列:

图书标签:

• 编程
• 电子设计
• 嵌入式系统
• linux
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《面向物联网的Cortex-M微控制器编程实践》 本书概述 本书致力于为读者提供一套系统、深入且极具实践性的Cortex-M系列微控制器编程教程，重点聚焦于当前嵌入式系统领域最热门的方向之一——物联网（IoT）应用开发。我们摒弃了传统的、仅停留在寄存器操作和基础外设调用的初级教学模式，转而采用以项目驱动、以真实应用场景为导向的教学方法。本书内容紧密围绕最新的Cortex-M架构特性、主流IoT协议栈的实现以及高效的低功耗设计策略展开。 目标读者 本书面向具备一定C语言基础的电子工程、计算机科学、自动化等专业的学生、初级嵌入式工程师，以及希望从传统8位/16位平台迁移到32位高性能Cortex-M平台的专业人士。特别是对于那些希望快速掌握如何构建安全、可靠、低功耗的物联网终端设备的开发者而言，本书将是不可或缺的参考指南。 核心内容与技术栈 本书内容结构严谨，从硬件基础到高级网络通信层层递进，确保读者能够构建完整的知识体系。 第一部分：Cortex-M内核深度解析与开发环境搭建 本部分将详细剖析Cortex-M内核的微架构，而非简单地罗列数据手册。 1. 现代微控制器选型与选型标准： 我们不会局限于单一厂商或某一代产品，而是分析如何根据功耗预算、实时性要求和外设需求，从Cortex-M0+、M3、M4到M7系列中做出最优选择。重点讨论Cortex-M的特有优势，如NVIC（嵌套向量中断控制器）的高效性、MPU（内存保护单元）在多任务环境下的应用。 2. 汇编级代码的性能优化视角： 虽然本书以C语言为主，但我们将通过实际案例展示如何使用内联汇编（Inline Assembly）来优化关键路径的代码，例如位操作、循环展开和流水线友好型代码编写。这有助于理解编译器优化背后的原理。 3. 跨平台工具链的精通： 本书将引导读者熟练使用GCC工具链（包括交叉编译器、链接脚本定制）和主流IDE（如VS Code配合PlatformIO或特定厂商的集成开发环境）。我们将深入讲解链接脚本的定制，这对于资源受限的设备（如Bootloader和固件OTA升级）至关重要。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程 在复杂的IoT应用中，裸机编程已无法满足需求。本部分将重点教授如何利用RTOS来管理任务、资源和时序。 4. FreeRTOS的内核机制与移植： 本书将详细解析FreeRTOS的调度算法（抢占式、时间片），信号量、互斥锁、消息队列和事件组的设计与使用。我们将展示如何在不同的Cortex-M芯片上安全地移植和配置RTOS，并分析其对中断处理流程的影响。 5. 任务间通信（IPC）与资源安全： 重点讨论在多核或多任务环境下，如何避免竞态条件（Race Condition）和死锁（Deadlock）。我们将引入“关键段（Critical Section）”的概念，并提供基于消息队列的生产者-消费者模型的高效实现。 6. 低延迟中断服务程序（ISR）设计原则： 针对需要快速响应的传感器数据采集，我们将阐述ISR应如何设计以最小化对RTOS调度的影响，以及如何通过“延迟过程调用”（Deferred Interrupt Processing）技术将复杂逻辑从ISR中剥离。 第三部分：物联网通信协议栈的嵌入式实现 本部分是本书的核心，专注于如何将微控制器连接到云端或局域网。 7. 经典IP协议栈的裁剪与优化（TCP/IP）： 我们将介绍LwIP协议栈在资源受限设备上的裁剪技巧。重点讲解如何针对功耗要求，优化TCP的拥塞控制参数，并实现UDP/TCP的可靠数据传输。 8. 现代IoT连接技术：MQTT与CoAP的深度应用： MQTT： 介绍如何集成轻量级的MQTT客户端库（如Paho-M），重点讲解QoS等级的选择对带宽和可靠性的权衡。如何安全地管理Keep-Alive机制和会话重连逻辑。 CoAP： 针对资源极度受限的传感器节点，我们将实现基于UDP的CoAP协议栈，并探讨RESTful架构在嵌入式资源受限网络中的适用性。 9. 无线电技术与驱动集成（Wi-Fi/BLE）： 本书将提供使用AT指令集与外部Wi-Fi/BLE模块（如ESP系列或专用的低功耗蓝牙芯片）进行通信的驱动框架。重点在于如何设计高效的异步数据收发机制，避免主CPU被低速的串口通信阻塞。 第四部分：安全与低功耗设计前沿 在物联网设备面临日益严峻的安全威胁和对电池寿命的极致追求下，安全和能耗管理成为必备技能。 10. 嵌入式安全基石：安全启动与固件加密： 介绍设备身份认证（Device Identity）的基本概念。我们将探讨如何利用Cortex-M的硬件加密加速器（如Crypto单元）来实现AES/SHA的硬件加速，并设计一个简单的安全启动流程，确保只加载经验证的固件。 11. 功耗剖析与休眠模式的艺术： 本书将详细分析Cortex-M的各种休眠模式（Sleep Mode, Deep Sleep, Standby）。我们不会仅仅停留在调用库函数，而是深入到寄存器级别，指导读者如何精确控制时钟源、外设电源门控，实现“亚微安级”的待机电流。我们将通过实际功耗监测数据来验证优化效果。 12. OTA（空中下载）固件升级的可靠性实现： 构建一个健壮的OTA机制是保障长期运营的关键。我们将设计一个双区（Dual Bank）闪存分区方案，确保在升级过程中，即使断电，设备仍能回滚到上一个稳定版本，实现“零停机时间”的更新策略。 项目导向与实践性 本书所有理论讲解都伴随着完整的源代码示例和硬件操作流程。读者将通过完成以下模拟真实场景的项目来巩固知识： 1. 环境监测节点： 使用RTOS管理传感器采集、数据预处理和周期性MQTT上报。 2. 低功耗资产追踪器： 实现深度睡眠与外部事件唤醒机制，并集成低功耗蓝牙广播。 3. 安全日志网关： 演示如何使用硬件加密加速器对日志数据进行加密后再通过TCP发送。 通过本书的学习，读者将不再仅仅是“会用”某个芯片，而是能“精通”Cortex-M平台，能够独立设计、实现和部署符合现代工业和消费级物联网标准的嵌入式解决方案。

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作为一本注重实践的教程，其配套实验环节的设计简直是教科书级别的典范。我尤其欣赏实验的梯度设置——从最简单的点亮LED、UART通信，到后期的复杂任务调度和低功耗管理，每一个实验都不是孤立的模块，而是层层递进，相互关联，真正模拟了真实项目开发的路径。更棒的是，每个实验都清晰地列出了所需硬件清单和详细的连接指导，这极大地减少了初学者在搭建实验平台时可能遇到的挫败感。当我把书上提供的示例代码成功跑起来，并看到预期的结果反馈时，那种成就感是无与伦比的。这种“即学即练，立即验证”的学习闭环，是巩固理论知识最有效的方法，它让抽象的理论知识瞬间具备了“重量”和“触感”。

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说实话，我是一个对电子书阅读体验要求比较高的人，但这本书的实体版本带来的沉浸感是数字格式无法替代的。装订非常结实，即便是频繁翻阅查找资料，书脊也没有出现松动的迹象。内容组织上，作者似乎非常懂得读者的“阅读习惯”。比如，在关键公式和定义旁边，会用醒目的边注进行强调或提供历史背景介绍，这让阅读过程更加流畅，不会因为突然冒出的一个新概念而需要频繁中断查阅其他资料。很多技术书籍的作者往往过于专注于技术本身而忽略了阅读体验的优化，但这本书明显是在知识输出的每一个环节都做了精心的打磨。它使得学习过程中的“摩擦力”降到了最低，让你能够持续保持高效的求知欲，这种对细节的极致关注，值得所有技术作者借鉴。

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这本书的排版和装帧设计实在是让人眼前一亮，完全不是那种传统教材的刻板印象。封面设计简约又不失科技感，拿到手里分量适中，纸张的质感也相当不错，阅读起来眼睛很舒服，长时间盯着也不会觉得累。更值得称赞的是，书中对关键概念的插图和流程图绘制得极为精妙。比如，对于复杂的总线架构和中断处理机制的解析，仅仅通过几张图示，就能让初学者豁然开朗，这比单纯的文字描述效率高太多了。细节处理上也可见功力，书中的代码块格式化得非常规范，注释详尽且到位，即便是跨章节学习时，也能快速定位到核心逻辑。个人感觉，这不仅仅是一本教材，更像是一件精心制作的工艺品，体现了作者对知识传递方式的深度思考，让人在学习的过程中也能享受到视觉上的愉悦和高效的阅读体验。这种对用户体验的重视，在技术书籍中是相当少见的加分项。

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我之前对嵌入式领域一直抱有敬畏之心，总觉得涉及底层硬件和汇编语言的部分晦涩难懂，但这本书的叙事逻辑彻底颠覆了我的认知。作者采用了一种非常“故事化”的引导方式，从最基础的寄存器操作开始，逐步搭建起对整个系统运行机制的宏观理解。特别欣赏它在介绍各个外设驱动时的循序渐进。它不是简单地堆砌API函数，而是深入讲解了这些驱动背后的硬件原理和时序要求，让你明白“为什么”要这么写代码，而不是仅仅学会“怎么”写。这种深入浅出的讲解，使得原本令人生畏的硬件抽象层（HAL）概念变得清晰可触。对于像我这样有一定编程基础但缺乏硬件实战经验的人来说，这本书提供了极佳的“脚手架”，让我能够自信地迈入裸机编程的世界，而不是被一堆术语淹没。

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这本书在讲解高级主题时的深度和广度，给我留下了深刻印象。很多入门教程往往在涉及操作系统或网络协议栈时就戛然而止，但这本书显然走得更远。它并没有回避那些技术难点，而是用一种非常务实和聚焦的方式来处理它们。例如，关于实时性要求和中断优先级冲突的讨论，分析得非常透彻，结合具体的代码片段展示了如何通过合理的设计来避免潜在的系统崩溃风险。这表明作者对嵌入式系统在工业和商业应用中的真实挑战有着深刻的理解，而不是仅仅停留在学术层面。这本书的价值在于，它不仅教会了你如何让程序跑起来，更重要的是，它教会了你如何写出“健壮”和“可靠”的嵌入式软件，这是从“能用”到“好用”的关键跨越。

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