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出版者:清华大学

作者:杨青

出品人:

页数:326

译者:

出版时间:2007-2

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787302143338

丛书系列:

图书标签:

• 计算机网络
• 网络技术
• 网络应用
• 数据通信
• TCP/IP
• 网络协议
• 网络安全
• 网络工程
• 计算机科学
• 信息技术

好的，这是一份为您量身定制的图书简介，主题为 《嵌入式系统设计与实践》。 --- 图书简介：《嵌入式系统设计与实践》 探索数字世界的“隐形大脑”：从原理到前沿应用的深度指南 在当今高度互联的数字化时代，我们身边的每一个智能设备——从智能手机、可穿戴设备，到工业自动化控制系统、智能家居乃至自动驾驶汽车的核心单元——其稳定运行的背后，都依赖于一个高效、可靠的“隐形大脑”：嵌入式系统。 本书《嵌入式系统设计与实践》旨在为工程技术人员、电子信息专业的学生以及热衷于物联网（IoT）和实时计算的实践者，提供一套全面、深入且高度实用的知识体系。我们不满足于停留在理论的浅层介绍，而是专注于打通从硬件选型、底层驱动开发到复杂软件架构设计的全流程，确保读者能够真正掌握设计和实现下一代嵌入式产品的核心能力。 第一部分：嵌入式系统基石——理论与硬件基础（构建坚实的地基） 本部分将系统地回顾和深化读者对嵌入式系统构成要素的理解，为后续复杂的软件和系统设计奠定坚实的基础。 第一章：嵌入式系统的概念与演进 深入剖析嵌入式系统的定义、特性（实时性、功耗、可靠性）及其在不同行业（消费电子、医疗、工业、汽车电子）的应用场景。我们将讨论冯·诺依曼与哈佛架构的对比，以及现代多核异构处理器的兴起对传统嵌入式模型带来的颠覆性变化。特别地，本章会详述系统级芯片（SoC）的内部结构解析，包括微处理器核（CPU）、数字信号处理器（DSP）、图形处理器（GPU）和专用加速器（NPU/FPGA）之间的协同工作机制。 第二章：微控制器与微处理器核心解析 本书聚焦于当前主流的处理器架构，如 ARM Cortex-M/R/A 系列 和 RISC-V 架构。我们将详细剖析指令集架构（ISA）的特点，深入讲解流水线技术、缓存机制（L1/L2 Cache）对系统性能的影响。实践层面，我们将对比不同系列MCU（如STM32、ESP32、NXP i.MX）的内存管理单元（MMU/MPU）、中断控制器（NVIC）的工作原理，以及如何根据应用需求进行高效的选型。 第三章：存储器体系与接口技术 一个高效的嵌入式系统离不开精妙的存储器管理。本章覆盖易失性存储器（SRAM、DRAM，特别是LPDDR的刷新与时序）和非易失性存储器（NOR/NAND Flash，eMMC，以及新兴的MRAM/FRAM）的物理特性与编程模型。此外，我们还会详细介绍高速片间通信协议，如SPI、I2C、UART，以及现代嵌入式系统中不可或缺的并行总线技术如 PCI Express (PCIe) 和 MIPI 接口 的底层数据传输协议。 第四章：硬件驱动与系统初始化 本章是实现“点亮”系统的关键。内容涵盖启动流程（Bootloader的角色与实现）、时钟树的配置与管理、电源管理单元（PMU）对功耗的精细控制。重点讲解如何编写高效的 GPIO 驱动、定时器/PWM 模块 的精确控制，以及如何正确配置和使用 ADC/DAC 进行模数信号的采集与调控。 第二部分：嵌入式软件架构与开发实践（构建智能的核心） 掌握了硬件基础后，本部分将聚焦于构建复杂、可靠软件系统的核心技术栈。 第五章：实时操作系统（RTOS）精讲与应用 实时性是嵌入式系统的灵魂。本章深入探讨 FreeRTOS、RT-Thread 等主流RTOS的设计哲学。内容包括任务管理、上下文切换的机制、进程间通信（IPC）的各种机制（消息队列、信号量、互斥锁）及其在避免竞态条件中的应用。我们还将详细分析优先级反转问题及其解决方案，并介绍时间片轮转、优先级继承等实时调度算法的底层实现。 第六章：设备驱动模型与内核交互 对于需要支持复杂外设或需要定制化内核的系统，驱动开发至关重要。本章以 Linux 内核驱动 为例，详细阐述字符设备、块设备和网络设备的驱动框架。读者将学习如何正确地使用 中断下半部（Tasklet、Workqueue） 来处理高频中断，如何安全地访问硬件资源（I/O 映射、寄存器读写），以及如何编写健壮的 DMA（直接内存访问） 驱动，以卸载CPU的负担。 第七章：嵌入式系统中的网络通信栈 随着物联网的爆发，网络能力成为嵌入式系统的标配。本部分覆盖 TCP/IP 协议栈 在嵌入式设备上的实现，从基础的 Socket 编程 到更高级的 MQTT、CoAP 等轻量级应用层协议的集成。对于无线连接，我们将详细解析 Wi-Fi 和低功耗蓝牙（BLE 5.0） 的连接管理和数据包结构，并探讨嵌入式设备如何安全地接入云平台。 第八章：嵌入式软件的调试、测试与可靠性工程 “代码能跑不等于系统可靠”。本章侧重于软件质量保障。内容包括：使用 JTAG/SWD 调试器 进行硬件级的断点设置与内存观察；利用 逻辑分析仪 验证时序和通信协议；集成 单元测试框架（如Unity）到嵌入式项目中；以及系统级的 看门狗（Watchdog） 机制设计、内存泄漏检测和栈溢出防护策略。 第三部分：前沿技术与系统集成（迈向未来） 本部分将带领读者接触当前嵌入式领域最热门和最具挑战性的技术方向。 第九章：高性能计算与异构架构加速 探讨如何充分利用现代SoC中的 GPU、FPGA 或 NPU 来加速特定计算任务（如图像处理、机器学习推理）。我们将介绍 OpenCL 或特定厂商的加速API，重点讲解数据如何在 CPU、内存和加速器之间进行高效的零拷贝（Zero-Copy）传输，以实现真正的系统级并行加速。 第十篇：嵌入式安全与固件更新（OTA） 安全性是嵌入式系统面临的头号挑战。本章深入探讨 信任根（RoT） 的建立，包括安全启动（Secure Boot）流程、硬件加密模块（TrustZone/TEE）的应用。同时，我们将详细设计一套健壮的 空中下载（OTA）固件升级方案，包括固件加密、签名校验、A/B分区切换机制，确保远程更新过程的原子性和抗回滚性。 第十一篇：高级电源管理与能效优化 针对移动和电池供电设备，本章是实现“长续航”的关键。内容涵盖处理器深睡眠模式（Deep Sleep）、外部设备电源门控（Power Gating）的软件控制策略，以及如何利用 动态电压和频率调节（DVFS） 技术，根据负载实时调整系统运行状态，实现最优的能效比。 第十二章：案例分析与综合项目实战 本书以 一个基于边缘计算的传感器网络节点 为综合案例，贯穿前述所有知识点。读者将动手实践从硬件选型、移植定制化RTOS、编写传感器驱动、实现低功耗通信协议，直到最终实现本地数据预处理和安全上云的全过程。 --- 本书特色： 强调实践导向： 每一章节均配有精心设计的代码示例和硬件实验指导，鼓励读者动手验证理论。 架构分层清晰： 从底层硬件寄存器到上层应用架构，提供清晰的学习路径。 覆盖主流技术栈： 兼顾经典RTOS与现代Linux嵌入式开发，面向未来技术趋势（如RISC-V与边缘AI）。 《嵌入式系统设计与实践》不仅是技术手册，更是帮助工程师构建未来智能世界的强大工具箱。掌握本书内容，您将能够驾驭任何复杂的嵌入式产品开发挑战。

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这本书的语言风格极其朴实，几乎没有使用太多花哨的修辞手法，完全是教科书式的严谨叙述，这对于需要精确理解技术术语的读者来说，无疑是一个优点。它在定义每一个术语时都做到了精确无误，例如，它对“延迟”和“抖动”的区分，以及对“带宽”和“吞吐量”的量化描述，都达到了相当高的专业水准。我发现，作者在阐述一些经典网络安全概念时，例如对称加密与非对称加密的握手过程，采用了非常清晰的流程图和伪代码，极大地降低了理解的门槛。但是，这种过于“学院派”的写作方式，也带来了一个小小的副作用：它在某些需要激发学习兴趣的章节，比如物联网（IoT）或5G网络接入部分，显得有些干巴巴的，缺乏生动的场景描述。如果能多加入一些贴近现代生活或前沿科技的案例，比如智能家居网络的安全配置、或者边缘计算的数据传输优化，我想这本书的吸引力会更上一层楼，能够更好地激发非科班出身的读者群体的学习热情，使其不仅仅局限于计算机专业学生。

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这本书的理论深度和广度确实令人印象深刻，它似乎覆盖了从物理层到应用层的几乎所有关键协议簇，对于OSI和TCP/IP模型的讲解，不仅仅是罗列概念，而是深入剖析了每个层次协议的设计哲学和历史演进。尤其是对于BGP和MPLS这类相对复杂的企业级或运营商级技术，作者没有采取“一笔带过”的方式，而是用了相当大的篇幅进行细致的建模和案例分析，这一点对于已经有一定基础、希望向高级网络工程师发展的读者来说，简直是如获至宝。我特别喜欢其中穿插的“性能分析”小节，它引入了基本的队列理论和丢包率模型，让原本枯燥的协议讲解瞬间变得可以量化和优化。然而，我必须指出，在实战操作层面，这本书的指导性略显薄弱。例如，在配置思科或华为设备的命令示例部分，更新得不够及时，有些参数的默认值在最新的操作系统版本中已经发生了变化，导致我按照书上的步骤操作时，需要频繁查阅官方文档进行修正，这在一定程度上打断了学习的连贯性，使得理论与实践的衔接略显生硬，希望未来修订版能更紧密地贴合主流厂商的最新CLI。

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这本书的装帧设计真是别出心裁，封面采用了哑光质感的深蓝色调，搭配烫金的书名和一些抽象的电路板纹理，透露出一种严谨而又前沿的气息。我拿到手的时候，就感觉它不是那种市面上常见的、内容陈旧的教材。内页的纸张质量也相当不错，文字排版清晰，图表使用了高质量的彩色印刷，即便是复杂的网络拓扑结构图也能看得一清二楚，阅读起来非常舒适，长时间盯着也不会觉得眼睛特别疲劳。不过，我得说，目录部分的逻辑编排似乎有点跳跃，有些基础概念的引入略显突兀，像是直接从一个高阶章节“空降”到了基础讲解，这对于初学者来说，可能需要多花点心思去适应这种叙事节奏。我尤其欣赏它在章节末尾设置的“深度思考”环节，它不仅仅是简单的习题，而是引人去探索更深层次的网络原理和未来趋势，这一点做得比我读过的其他几本相关书籍都要好，体现了编者希望读者不仅停留在“知道”层面，更能达到“理解和创新”的层次。总的来说，这本书的物理呈现和部分深度设计是令人赞叹的，但初期的引导性略显不足。

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从内容组织上看，这本书最大的特色在于其结构上的模块化设计，使得读者可以根据自己的学习目标进行选择性阅读。例如，如果你只关心基础网络搭建，可以直接深入到第三部分关于局域网和路由交换的章节，而无需被冗余的底层物理层知识所困扰。这种“模块化”的编排思路，在提升学习效率方面表现出色。更值得称赞的是，它在不同模块间的衔接处理得相当巧妙，虽然是模块化，但通过隐晦的引用和预告，保证了知识体系的完整性。比如，在讲解完DNS解析的原理后，作者会提示读者在后续的应用层安全章节中会再次深入探讨DNS劫持的防御机制。不过，我认为在网络故障排查这一关键技能的培养上，该书的覆盖面仍有提升空间。目前书中提供的故障诊断方法大多集中在原理层面的分析，而对于使用Wireshark等工具进行实际数据包捕获和分析的实操指导，篇幅太少，这使得读者在面对“抓包分析”这类实际工作场景时，会感觉理论知识储备充足，但“下手的工具”和“具体的步骤”却显得有些匮乏，希望未来能增加更多基于实际抓包文件的案例分析。

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这本书在对新兴技术领域的覆盖上，显示出了编者与时俱进的努力，特别是对于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的介绍，内容组织得相当到位。它不仅解释了这些概念的“是什么”，更重要的是分析了它们是如何从根本上挑战和改变传统网络架构的，这一点体现了其前瞻性。作者对OpenFlow协议的核心机制剖析得深入且透彻，并通过一个简化的拓扑图，直观地展示了控制平面与数据平面的分离如何实现集中控制。然而，在对这些前沿技术进行深入阐述的同时，我注意到，它对一些传统但仍在广泛使用的技术，如ATM或帧中继，介绍得略显仓促和过时，仅仅是作为历史背景一笔带过。虽然我们都知道这些技术正在被淘汰，但在实际的企业网络迁移过程中，很多遗留系统依然在使用它们，对这些“过渡技术”提供一个更具现代化视角的对比分析，会使得这本书对处于不同发展阶段的网络工程师都更具参考价值。总而言之，它在“看未来”方面做得极好，但在“理解现在遗留系统”方面还可以更平衡一些。

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