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出版者:机械工业出版社

作者:David Pellerin边计年

出品人:

页数:269

译者:边计年

出版时间:2007-5

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787111211594

丛书系列:

图书标签:

• FPGA
• 计算机技术
• 嵌入式
• C语言
• FPGA
• 嵌入式
• 硬件编程
• 数字电路
• Verilog
• VHDL
• 开发板
• 实践
• 教程

深入探索嵌入式系统底层构建：C语言与硬件协同设计的实践指南 面向对象： 电子工程、计算机科学、自动化领域的学生、工程师，以及对底层硬件编程和嵌入式系统开发有浓厚兴趣的实践者。 书籍定位： 本书旨在提供一个全面、深入的教程，侧重于使用C语言进行嵌入式系统级的软件开发，以及如何有效地与硬件进行交互和配置。它不是一本关于FPGA特定架构或特定IP核实现的教程，而是聚焦于跨平台、基于C语言的嵌入式系统设计理念、方法论以及核心技术实现。 --- 第一部分：嵌入式系统软件架构与C语言进阶（约400字） 本部分首先奠定坚实的软件基础，重点讲解在资源受限的微控制器（MCU）环境中，如何编写高效、健壮的C语言代码。 1. 内存管理与资源优化： 深入剖析嵌入式系统中栈、堆、静态存储区的区别与应用场景。讲解如何利用C语言的指针、结构体和位域（Bit Fields）实现对有限内存的精细化控制。内容涵盖静态内存分配的策略，以及在必要时安全地实现动态内存分配的陷阱与规避方法，强调预防内存泄漏和碎片化。 2. 硬件抽象层（HAL）的设计哲学： 阐述构建可移植性强、易于维护的HAL的重要性。通过具体的例子，讲解如何使用`volatile`关键字正确地处理内存映射寄存器（MMIO），并设计一套标准化的接口函数，使得上层应用逻辑与具体芯片的寄存器操作解耦。重点讨论原子操作（Atomic Operations）在并发访问共享硬件资源时的关键作用。 3. 中断服务程序（ISR）的编写规范： 详细解析中断的生命周期、优先级管理和嵌套机制。探讨ISR内部应遵循的“快速且最小化”原则，如何安全地在中断上下文和主循环上下文之间传递数据（例如，使用队列或标志位）。 4. 实时性与任务调度基础： 介绍嵌入式实时操作系统的核心概念（如任务、信号量、消息队列），但重点在于在无RTOS环境下，如何利用C语言的循环结构和定时器机制实现基本的协作式多任务调度模型。 --- 第二部分：低级I/O操作与外设交互（约550字） 本部分聚焦于C语言如何直接驱动和配置主流的片上外设，这是嵌入式开发的核心技能。 1. 通用目的输入/输出（GPIO）的高效控制： 不仅仅停留在“点灯”的层面，而是深入到寄存器级别控制引脚的推挽/开漏配置、上下拉电阻的启用、以及快速的电平翻转技术。通过C语言宏定义和结构体映射，实现对GPIO端口寄存器的读写操作，确保操作的原子性和时序正确性。 2. 串行通信协议的C语言实现： 详细讲解UART（通用异步收发传输）、SPI（串行外设接口）和I2C（高速两线制串行总线）的工作原理。书中会提供基于C语言驱动的实现范例，包括主从模式的配置、数据帧的打包与解包。特别关注SPI/I2C的总线仲裁、时钟极性与相位（CPOL/CPHA）的软件配置，以及如何使用中断或DMA模式来优化数据传输效率。 3. 模拟数字转换器（ADC）的精确采集： 讲解ADC的采样定理、量化误差。指导读者如何配置采样率、触发源（软件/定时器/外部事件），并使用C语言循环或中断机制读取多通道转换结果。内容包含如何应用软件滤波算法（如滑动平均滤波）来平滑采集到的模拟信号。 4. 定时器与脉冲宽度调制（PWM）： 深入分析通用定时器的计数模式、输入捕获模式。重点阐述如何使用C语言对预分频器和自动重载寄存器进行编程，以产生精确的周期性事件（如系统心跳）和精确占空比的PWM信号，用于电机控制或电源管理。 --- 第三部分：系统级集成与调试技术（约550字） 本部分将软件开发提升到系统集成的层面，并强调在嵌入式领域至关重要的调试和验证方法。 1. 嵌入式软件的初始化流程： 详述C语言程序从硬件复位到`main()`函数执行前（启动代码/Startup Code）的过程。讲解链接器脚本（Linker Script）的作用，如何定义程序的内存布局，确保代码和数据正确地放置在Flash和SRAM中。 2. 软件模块化与接口设计： 强调大型嵌入式项目中的代码组织。使用C语言的头文件/源文件结构，设计清晰的模块边界。讨论如何使用`static`关键字和前向声明来管理模块间的依赖性，确保编译时的解耦和链接时的正确性。 3. 固件升级与存储机制： 探讨嵌入式设备在长期运行中对数据持久性的需求。讲解如何利用非易失性存储器（如EEPROM或内部Flash）来存储配置参数。内容包括擦写扇区的操作流程、CRC校验在数据完整性验证中的应用，以及简单的Bootloader概念概述，即如何通过软件更新程序来修改现有固件。 4. 嵌入式调试与跟踪： 介绍软件调试在嵌入式环境中的特殊性。重点讲解利用JTAG/SWD接口进行硬件调试的核心流程，包括设置断点、单步执行、观察寄存器和内存值的技巧。同时，讲解如何利用打印函数（如重定向的`printf`）作为软件状态监控的有效手段，并讨论串口调试工具的使用规范。 --- 总结： 本书通过大量翔实的C语言代码示例和对底层硬件寄存器操作的细致讲解，致力于培养读者在资源受限环境下，直接与硬件对话的能力。它教授的不是特定平台的“黑盒”操作，而是嵌入式系统设计者必备的“白盒”思维和核心技能。学习本书，你将掌握从启动代码到复杂外设驱动的全栈C语言嵌入式开发流程。

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从这本书的标题“实用C语言FPGA编程”来看，我非常看重其中的“实用”二字。这意味着作者不仅仅会讲解理论知识，更会侧重于实际应用和工程实践。我期待书中能够提供一些真实世界中的FPGA项目案例，从需求分析、方案设计，到代码实现、硬件验证，全程贯穿C语言FPGA编程的理念。例如，一个涉及高速数据采集、实时信号处理或者通信协议栈实现的案例，将能够让我更直观地理解C语言在FPGA中的应用场景和价值。我希望作者能够分享一些他在实际项目中遇到的挑战以及如何利用C语言FPGA编程来解决这些挑战的经验。例如，在处理海量数据时，如何通过C语言的代码优化来提高处理速度？在资源受限的情况下，如何通过C语言来选择最优的硬件实现方案？这些都是我在实际工作中经常会遇到的问题。如果本书能够提供一些切实可行的解决方案，那将极大地提升我的工作效率和设计能力。我对书中关于如何进行IP核复用和集成的内容也充满了期待，这在大型FPGA项目中尤为重要，能够大大缩短开发周期。

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这本书的整体结构安排非常合理，我认为作者在内容组织上花费了不少心思。从最基础的C语言语法回顾，到FPGA开发环境的搭建，再到具体的C语言代码编写和硬件实现，每一步都衔接得非常自然，过渡流畅。我喜欢这种由浅入深的学习方式。对于完全没有FPGA编程经验的初学者来说，可以直接从头开始学习，不会感到迷茫。而对于已经有一些FPGA基础但对C语言应用不太熟悉的读者，也可以快速找到自己感兴趣的部分进行深入学习。书中关于C语言与硬件描述语言（HDL）的比较分析，也让我受益匪浅。作者清晰地指出了C语言在FPGA编程中的优势和劣势，以及在什么情况下使用C语言更合适，什么情况下仍然需要使用HDL。这种客观的分析，有助于读者根据实际项目需求做出最佳选择。我尤其期待书中关于如何进行性能分析和代码优化的章节。在FPGA开发中，性能往往是决定项目成败的关键因素之一。如果这本书能够提供一些实用的性能分析工具和优化技巧，那将极大地提升本书的实用价值。例如，如何通过修改C语言代码来减少硬件资源的占用，或者提高时序的满足度，这些都是我非常想了解的内容。

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这本书给我带来的不仅仅是知识，更是一种全新的编程思维模式。我一直认为，FPGA编程的核心在于硬件的并行性和可重构性。而C语言的优势在于其丰富的表达能力和强大的抽象能力。将两者结合，能够极大地提升开发效率和设计的灵活性。我非常欣赏书中作者的写作风格，他能够将一些复杂的硬件概念用通俗易懂的语言表达出来，并且结合大量的实例，让读者能够轻松理解。我尤其关注书中关于如何利用C语言来实现高效的数据通路设计的章节。在FPGA中，数据通路的设计是至关重要的，它直接影响到整个系统的性能。如果书中能够提供一些关于如何利用C语言来构建高效数据通路的方法，例如如何进行流水线设计、如何利用缓冲器来优化数据传输等，那将对我非常有帮助。此外，书中关于如何进行单元测试和系统级验证的讲解，也是我非常看重的内容。一个完善的验证流程，能够大大降低后期调试的难度，提高设计的可靠性。我期待这本书能够让我掌握一些实用的C语言FPGA编程技巧，并且能够将其应用到我自己的项目中。

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这本书给我的感觉是，作者并非只是简单地将C语言语法与FPGA的概念进行拼凑，而是真正地深入理解了C语言在硬件设计中的精髓，并将其以一种系统化的方式呈现出来。我一直觉得，C语言的强大之处在于它的抽象能力和灵活性，而FPGA则以其并行处理和硬件定制化的能力而著称。将两者结合，应该能够创造出强大的设计。我非常期待书中能够深入探讨C语言的某些特性，比如指针、结构体、位操作等，在FPGA硬件设计中的具体应用和注意事项。例如，指针在硬件设计中如何转化为地址信号？结构体又如何映射到寄存器组？位操作是否可以实现高效的并行逻辑？这些都是我非常感兴趣但目前理解不深的问题。我希望作者能够提供一些深入的解析，而不是停留在表面。同时，书中关于各种IP核的使用和定制，以及如何将C语言设计的模块集成到大型FPGA项目中，也是我非常关注的内容。一个完整的FPGA项目，往往不是孤立的模块，而是需要与其他IP核进行交互。如何有效地进行接口设计和数据交互，是项目成功的重要因素。

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“实用C语言FPGA编程”这本书，拿到手里的时候，我就被它厚实的封面和沉甸甸的分量所吸引。封面设计简洁明了，直接点出了主题，没有那些花里胡哨的图案，这让我对内容充满了期待，觉得作者一定是脚踏实地，专注于技术本身。翻开书页，印刷质量相当不错，纸张手感也很好，阅读起来不会有刺眼的感觉，长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。我一直以来对FPGA领域都很有兴趣，但苦于找不到一本真正能够指导实践的书籍，市面上的一些教程要么过于理论化，要么代码示例非常简陋，无法真正解决实际问题。这本书的出现，无疑是一场及时雨。从目录上看，它涵盖了从C语言基础到FPGA硬件实现的全过程，这正是我需要的。我尤其关注其中关于C语言与硬件结合的部分，因为这正是FPGA编程的精髓所在，如何将软件的思维转化为硬件的逻辑，一直是我的一个瓶颈。作者在该书中的论述，是否能够清晰地阐述这种转化过程，并且提供一些实用的技巧和注意事项，是我最为期待的。同时，书中对于各种FPGA开发工具链的使用介绍，以及如何进行仿真和调试，也是我非常看重的内容。一个优秀的FPGA编程教程，不仅要讲清楚原理，更要教会读者如何有效地利用工具来完成开发。这本书给我的第一印象是，它不仅仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的工程师在分享他的宝贵经验，这一点非常难得。

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我是一名嵌入式系统工程师，日常工作中经常会接触到一些对性能要求极高的应用场景，比如图像处理、信号分析等等。在这些领域，传统的微控制器往往难以满足实时性和处理速度的要求，因此FPGA就成为了一个非常理想的解决方案。然而，FPGA的开发门槛相对较高，尤其是在硬件描述语言（HDL）的学习上，对于我这样的软件背景出身的人来说，确实是一个不小的挑战。这本书《实用C语言FPGA编程》的出现，为我打开了一扇新的大门。它提供了一种全新的思路，即利用大家更熟悉的C语言来驾驭FPGA，大大降低了FPGA开发的门槛。我特别关注书中关于如何将C语言的高级抽象能力转化为FPGA的硬件并行能力的论述。作者是否能够清晰地解释C语言的哪些特性可以直接映射到硬件，哪些需要转换，以及如何进行这种转换，这对于我理解C语言在FPGA中的真正威力至关重要。我希望书中能提供一些实际的项目案例，能够让我从头到尾地跟着作者的思路，完成一个完整的FPGA设计。例如，一个简单的图像滤波或者FFT计算的例子，能够让我更直观地理解C语言FPGA编程的整个流程，包括代码编写、综合、布局布线以及最终的硬件实现。

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这本书在我的书架上占有了一个非常重要的位置，因为它代表了一种新的编程范式。我一直认为，FPGA的潜力远未被完全挖掘，而C语言作为一种广泛使用的编程语言，如果能够被有效地应用于FPGA设计，将能够极大地拓展FPGA的应用领域。我非常关注书中关于如何利用C语言来实现一些复杂的算法，比如在嵌入式视觉、人工智能等领域的应用。例如，如何利用C语言在FPGA上实现一个高效的卷积神经网络（CNN）推理引擎，或者一个实时目标跟踪算法。这些应用通常对计算性能和功耗有极高的要求，而FPGA正好能够满足这些需求。如果本书能够提供一些相关的设计思路和代码示例，将对我非常有启发。同时，我也希望书中能够包含一些关于如何进行设计约束和时序优化的内容。在FPGA设计中，时序是一个非常关键的因素，如果不能满足时序要求，那么设计的性能将大打折扣。如果本书能够提供一些实用的技巧和工具来帮助读者进行时序分析和优化，那将非常有价值。

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这本书给我带来的最大惊喜，在于它对C语言在FPGA编程中的应用进行了深入浅出的讲解。我一直以为C语言只是用于软件开发的，但了解到FPGA可以通过C语言进行逻辑设计，我感到非常新奇。这本书不仅介绍了C语言的基本语法，还重点讲解了如何将C语言的语句映射到FPGA的硬件结构上。例如，书中关于如何使用C语言中的循环和条件语句来构建并行和串行逻辑的章节，让我茅塞顿开。作者通过大量的代码示例，生动地展示了如何将抽象的C语言代码转化为具体的硬件电路，这一点非常关键。我之前尝试过一些其他的FPGA学习资料，但往往在C语言与硬件转换这一环节就卡住了，理解起来非常困难。而这本书的作者似乎非常擅长于此，他能够用非常通俗易懂的语言，将复杂的概念解释清楚，并且给出了很多实用的技巧，比如如何优化C语言代码以提高硬件效率，以及如何避免一些常见的陷阱。让我印象深刻的是，书中关于状态机设计的部分，作者是如何用C语言来描述状态转移和输出逻辑的，这让我觉得FPGA编程不再是枯燥乏味的硬件描述语言，而是可以充满创造力的软件开发过程。我非常期待在书中找到更多关于高性能FPGA设计方法的介绍，特别是如何利用C语言来加速数据处理和实现复杂的算法。

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在我看来，FPGA的魅力在于其高度的并行性和灵活性，而C语言的魅力则在于其简洁的语法和强大的表达能力。这本书将两者巧妙地结合在一起，为我提供了一个全新的视角来理解和运用FPGA。我特别喜欢书中作者的论述方式，他总是能够用一种非常严谨但又不失趣味的方式来讲解知识。我非常期待书中能够详细介绍如何利用C语言来描述一些高级的硬件功能，例如如何利用C语言来实现一个可编程的通信接口，或者一个高度定制化的DSP模块。我希望书中能够提供一些深入的技巧，例如如何通过C语言的位操作来实现高效的并行数据处理，如何利用C语言的指针来实现灵活的数据访问，以及如何利用C语言的结构体来组织复杂的硬件模块。同时，我也非常关注书中关于如何进行代码重用和模块化的设计方法。在FPGA项目中，模块化的设计能够大大提高代码的可读性和可维护性，并且方便进行复用。如果本书能够提供一些关于如何利用C语言来实现高效模块化设计的指导，那将对我非常有帮助。

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作为一个对新技术的探索者，我对“实用C语言FPGA编程”这本书充满了好奇。我一直关注着FPGA技术的发展，特别是近年来，利用高级语言进行FPGA设计越来越成为一种趋势。本书的出现，正是我期待已久的那种能够 bridging 软件和硬件之间鸿沟的工具。我对书中关于C语言如何转化为硬件逻辑的机制感到尤其好奇。例如，C语言中的函数调用，在FPGA中是如何实现的？是实例化一个硬件模块，还是进行流水线设计？作者的讲解是否能够深入到这个层面，并提供一些实际的例子来佐证？我希望书中能够展现一些更前沿的C语言FPGA设计技术，比如如何利用C语言来实现一些复杂的算法，如机器学习、人工智能相关的应用，这些在FPGA上进行硬件加速将能带来巨大的性能提升。同时，我也希望书中能够包含一些关于如何进行功耗优化和时序收敛的技巧。在实际的FPGA项目中，这些往往是设计者必须面对的挑战，如果本书能够提供一些实用的指导，那将非常有价值。我期待这本书能够让我对C语言FPGA编程有一个更深刻、更全面的认识。

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