具体描述
本书是根据高职高专教育培养高级技能人才的要求，突出“实践性、实用性、创新性”，并结合作者多年的教学和工程实践经验，以理论够用、实用为主的原则而编写的一本路由器交换机原理及应用教材。参考了大量的最新资料，内容丰富翔实，突出了以实例为中心的特点。 本书既可作为承担国家技能型紧缺人才培养的高职高专院校计算机类、信息管理类专业的教材，也可供从事网络研究的技术人员和其他对网络技术有兴趣的人员参考。
《嵌入式系统设计与实践》 内容简介 本书全面深入地探讨了嵌入式系统的设计、开发与应用。它旨在为读者提供一个从基础理论到实际项目实现的完整知识体系，特别关注现代嵌入式系统在物联网（IoT）、实时控制和边缘计算等领域的核心技术。 第一部分：嵌入式系统基础与硬件平台 本部分首先建立读者对嵌入式系统整体架构的认知。我们将从最基本的概念入手，界定嵌入式系统与通用计算系统的区别，阐述其“专用性、微型化、高可靠性”的特性。 微控制器（MCU）架构深度解析： 详细介绍主流的微控制器家族，如ARM Cortex-M系列（M0/M3/M4/M7），剖析其流水线设计、指令集架构（ISA）和存储器映射机制。书中将以寄存器级操作为基础，引导读者理解硬件如何直接响应软件指令，这是嵌入式开发的核心能力。我们将深入讲解时钟系统（PLL、分频器）、中断控制器（NVIC）的工作原理、DMA（直接存储器存取）的配置与高效数据传输策略。 外设接口与驱动开发： 这一章侧重于对嵌入式系统中常见物理接口的掌握。我们将详细讲解串行通信协议，包括UART（异步串行通信）、SPI（串行外设接口）和I2C（双线串行总线），不仅限于协议层面的介绍，更会深入到如何通过配置相应的硬件寄存器来初始化和操作这些接口。对于更高速的通信，如CAN总线在工业控制中的应用，以及USB设备的枚举与通信流程，也将进行系统性的阐述。模拟信号处理方面，ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的精度、采样率、量化误差及其在传感器数据采集中的应用，构成重要篇幅。 存储器技术： 探讨嵌入式系统中非易失性存储器（Flash, EEPROM）和易失性存储器（SRAM, SDRAM）的选择、读写时序和寿命管理。特别关注代码存储区域的划分和 Bootloader 的基本机制。 第二部分：嵌入式软件开发与操作系统 软件是嵌入式系统的灵魂。本部分侧重于高效、可靠的软件实现技术，并引入实时操作系统的概念。 裸机编程与底层软件： 强调程序启动流程（Startup Code），链接脚本（Linker Script）的编写艺术，以及如何构建可移植的底层抽象层（HAL）。我们将通过大量代码实例演示如何编写高效的C语言代码，避免不必要的内存拷贝和栈溢出风险。重点讨论位操作（Bit Manipulation）在硬件寄存器控制中的精妙运用。 实时操作系统（RTOS）原理与实践： 深入剖析 RTOS 的核心概念，包括任务管理、任务调度算法（如固定优先级、轮转、抢占式调度）、同步与互斥机制（信号量、互斥锁、消息队列）。我们将以FreeRTOS或类似的轻量级RTOS为例，指导读者如何进行上下文切换的理解、任务间的通信设计以及如何进行死锁分析与避免。性能考量方面，将详细介绍时间片（Tickless Idle）模式和中断延迟的优化技术。 驱动程序设计： 从操作系统内核的角度审视设备驱动的结构。讲解字符设备、块设备和网络设备驱动的基本框架，以及如何利用内核提供的抽象接口（如Linux Kernel中的标准驱动模型）来屏蔽底层硬件差异，确保驱动的可移植性和健壮性。 第三部分：嵌入式系统的高级主题 随着系统复杂度的提升，对性能、安全和连接性的要求也日益增加。 嵌入式网络编程： 介绍 TCP/IP 协议栈在嵌入式设备上的实现与优化。内容涵盖 Socket 编程（TCP/UDP）、轻量级协议栈（如 LwIP）的移植与配置。特别关注物联网场景中的 MQTT、CoAP 等应用层协议的实现细节和资源占用优化。安全通信方面，SSL/TLS 库（如 mbedTLS）在资源受限环境下的集成方法也将被详细讨论。 系统级功耗管理： 探讨嵌入式设备，尤其是电池供电设备的能效优化策略。涉及CPU频率的动态调整（DVFS）、不同外设的时钟门控、休眠与唤醒机制（低功耗模式的配置），以及通过编程手段延长电池寿命的技术。 嵌入式安全基础： 引入嵌入式安全的概念，包括代码签名、安全启动（Secure Boot）、内存保护单元（MPU/MMU）的应用，以及如何防止常见的侧信道攻击和固件篡改。 第四部分：调试、测试与项目实施 再好的理论也需要可靠的实践验证。本部分聚焦于确保产品质量的关键环节。 硬件调试工具链： 详细介绍 JTAG/SWD 接口的工作原理，以及如何使用 J-Link、ST-Link 等调试器进行断点设置、单步执行、内存/寄存器查看和固件烧录。逻辑分析仪和示波器在定位时序错误和信号完整性问题中的应用，将通过案例进行说明。 软件调试与故障排除： 教授系统级调试技巧，包括使用断言（Assertions）、看门狗（Watchdog Timer）机制的合理配置，以及如何利用日志系统（Logging）进行远程诊断。探讨栈溢出、竞争条件等复杂并发错误的排查方法。 单元测试与集成测试： 介绍在嵌入式环境中进行软件测试的挑战与解决方案。讨论如何使用 C 语言的测试框架（如 Unity）对底层驱动和业务逻辑进行模块化测试，以及系统集成测试的策略。 本书的编写风格力求严谨且贴近工程实践，理论阐述清晰，配有大量代码片段和架构图示，旨在帮助读者从“会用”到“精通”嵌入式系统开发，最终能够独立设计和实现复杂的嵌入式产品。
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