High-Performance Embedded Computing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Morgan Kaufmann

作者:Wayne Wolf

出品人:

页数:544

译者:

出版时间:2006-09-11

价格:USD 74.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780123694850

丛书系列:

图书标签:

• EECS
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• 嵌入式系统
• 高性能计算
• 实时系统
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好的，这是一份关于一本名为《高性能嵌入式计算》（High-Performance Embedded Computing）的图书的详细简介，内容严格围绕该主题展开，但绝不包含你原书的任何具体信息： --- 图书名称： 架构、优化与前沿：现代嵌入式系统的高性能计算实践 图书简介： 本书深入剖析了当前嵌入式系统领域对极致性能的迫切需求，并系统性地阐述了实现这些性能目标所需的理论基础、硬件架构选择、软件优化技术以及前沿发展方向。它旨在为从事实时系统、物联网（IoT）边缘计算、自动驾驶、工业自动化和高性能消费电子设备开发的工程师、研究人员和高级学生提供一个全面且深入的参考框架。 第一部分：嵌入式系统性能的基石与挑战 本部分首先界定了“高性能”在嵌入式环境中的独特含义——它不仅仅是单纯的频率提升，更是能效比、实时性、确定性与数据吞吐量的综合体现。 我们探讨了嵌入式系统与传统通用计算平台的根本差异，特别是内存访问延迟、功耗预算的严格限制，以及对固件级优化的依赖性。内容涵盖了现代嵌入式处理器（如ARM Cortex-A/R 系列、RISC-V 核心）的基本微架构原理，重点分析了流水线、分支预测、缓存层次结构（L1/L2/L3）对程序执行时间的影响。 特别关注了实时性约束。我们详细分析了硬实时与软实时系统的区别，以及如何通过分析（如最坏执行时间分析 WCRT）来保证任务调度的确定性。这部分内容强调了理解硬件的时序特性是进行任何性能优化的前提。 第二部分：多核异构计算架构的精要 现代高性能嵌入式系统几乎无一例外地采用了多核或异构架构。本书将此作为核心讨论对象。 并行化策略与编程模型： 我们详细介绍了如何将任务分解并映射到多核处理器上，涵盖了从细粒度并行（如SIMD指令集利用）到粗粒度并行（如任务级分解）的各种策略。重点剖析了OpenMP、TBB（Threading Building Blocks）等通用并行模型在资源受限环境下的适用性与局限性。 异构加速器集成： 随着通用CPU在特定密集型计算任务上面临瓶颈，异构计算成为必然趋势。本书投入大量篇幅讨论了如何有效地利用图形处理器（GPU）、现场可编程门阵列（FPGA）和专用计算单元（如DSP或NPU/TPU）。我们不仅介绍了编程接口（如CUDA、OpenCL在嵌入式环境下的裁剪版本），更侧重于数据在CPU和加速器之间高效传输的机制（如DMA、零拷贝技术），以及如何最小化核间通信的开销。 内存一致性与同步机制： 在多核系统中，内存一致性协议（Cache Coherence Protocols）对性能的影响至关重要。本部分深入探讨了各种缓存一致性模型，以及如何在不牺牲正确性的前提下，使用锁、原子操作、内存屏障等同步原语来实现高效、无死锁的并发访问。 第三部分：系统级性能优化技术 高性能不仅依赖于芯片本身，更依赖于软件栈的精细打磨。本部分聚焦于从操作系统到应用程序层面的具体优化手段。 操作系统（RTOS与Linux）： 讨论了高性能实时操作系统（RTOS）与裁剪版Linux在调度器设计上的差异。对于Linux系统，重点分析了内核的抢占性、中断延迟的最小化，以及如何通过CPU亲和性（Affinity）和实时补丁（如PREEMPT_RT）来满足严格的时序要求。 编译器与底层代码生成： 分析了现代编译器的优化级别（-O3, -Ofast）及其对嵌入式特定指令集（如NEON/AVX512的嵌入式对应物）的支持。我们展示了如何使用内联汇编、函数属性（Attributes）以及链接时优化（LTO）来榨取编译器的最后一点潜力。 数据布局与缓存优化： 这是一个关键环节。本书强调了数据局部性的重要性。通过结构体和数组的重新排列（Structure of Arrays vs. Array of Structures），以及数据预取（Prefetching）技术，读者将学会如何最大化缓存命中率，有效缓解内存访问延迟对计算密集型算法的限制。 第四部分：性能度量、调试与前沿趋势 没有精确的度量，优化就无从谈起。本部分提供了科学的性能分析工具箱。 硬件性能计数器（HPC）： 详细介绍了如何利用处理器内置的性能监控单元（PMU）来采集精确的硬件事件数据，例如缓存未命中率、分支预测错误次数、指令周期数等，从而实现“数据驱动”的优化。 工具链应用： 介绍了专门用于嵌入式性能分析的工具，包括系统级的跟踪工具（如ETM/PTM接口）和应用程序级的分析器，强调了如何识别性能瓶颈是发生在I/O、内存访问、还是纯粹的计算阶段。 未来展望： 本部分展望了下一代嵌入式计算的挑战，包括存内计算（In-Memory Computing）、面向AI推理的稀疏化加速以及硬件/软件协同设计（Co-Design）的最新进展，特别是如何利用高层次综合（HLS）工具加速定制化硬件加速器的开发流程。 目标读者： 本书适合于嵌入式软件架构师、需要进行深度性能调优的驱动程序工程师、从事实时控制系统和高带宽数据处理的专业人士，以及希望将学术理论应用于实际硬核产品开发的计算机工程研究生。阅读本书需要具备扎实的C/C++语言基础和对计算机体系结构的基本理解。 ---

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这本书的排版和插图质量相当高，很少有技术书籍能将流程图和时序图绘制得如此清晰且信息密集。我特别关注了它关于外设接口（如PCIe和高速SerDes）交互的章节，这部分内容往往是其他书籍中一笔带过，但却是系统带宽瓶颈的重灾区。作者对总线协议的深入剖析，特别是针对缓存一致性协议在跨域通信（如CPU与FPGA之间）中的复杂性处理，体现了作者深厚的系统级集成经验。他提出的那种模块化验证方法论，即如何独立、隔离地测试总线事务的正确性，对于解决集成阶段的难题非常有指导意义。读起来感觉就像在听一位经验丰富的总设计师在拆解一个复杂的系统，层层剥茧，直指核心。如果这本书能在最后提供一个关于新兴架构，比如RISC-V在嵌入式领域生态成熟度的前瞻性展望，那就更具时代意义了。总而言之，它不是一本用来应付考试的快餐读物，而是一本需要沉下心来反复研读，并在实际工作中随时翻阅的参考手册。

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这本书的叙述风格，怎么说呢，它有一种老派的、注重细节的工程师哲学在里面。它不像某些新出版的技术书籍那样追求时髦的热词堆砌，而是沉稳地将每一个技术点都铺陈得井井有条，仿佛作者在跟你进行一场严肃的技术对话。对于数字信号处理（DSP）在嵌入式环境中的应用部分，我本来抱着一丝怀疑，因为这个领域往往需要大量的数学背景支撑。然而，作者巧妙地将复杂的傅里叶变换、滤波算法的实现，转化为对特定DSP指令集（比如SIMD扩展）的有效利用，这种“用代码思维去理解算法”的路径，极大地降低了理解门槛。我特别留意到它对功耗分析的章节，作者没有满足于提供简单的电流测量方法，而是深入到了动态电压和频率调整（DVFS）在实际负载下的最优策略。这对我目前正在负责的一个电池供电设备的能效优化项目至关重要。如果能附带一些主流EDA工具的仿真结果截图，那就更加完美了，虽然目前的内容已经足够扎实，但视觉化的辅助总能更直观地展现性能曲线的差异。

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从一个资深软件架构师的角度来看，这本书在探讨实时性保证方面展现出了极高的水准。它没有停留在“任务优先级反转”这类基础概念上，而是花费大量篇幅讨论了高级调度算法，比如最早截止时间优先（EDF）在非抢占式内核中的局限性，以及如何通过时间分区（Time Partitioning）机制来确保关键任务的确定性。我非常欣赏作者对“抖动”（Jitter）这一概念的细致分解，它不仅分析了软件层面的调度抖动，还深入到了硬件层面的总线仲裁延迟和DMA传输不确定性对最终系统响应时间的影响。这正是许多应用层开发者容易忽略，但对高可靠性系统而言却是致命的细节。我期待在后续内容中，能看到更多关于硬件描述语言（HDL）与软件协同设计（Co-design）的案例，特别是在定制化硬件加速器与主处理器之间进行高效、低延迟通信的实际方案。这本书更像是为那些希望从“能跑”跨越到“跑得极致稳定且高效”的工程师准备的进阶指南，它对每一个性能指标背后的根源追溯能力，令人印象深刻。

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这本书的封面设计确实很吸引人，那种深沉的蓝与锐利的橙色搭配，让人一眼就能感受到它所蕴含的专业与前沿气息。作为一名长期在硬件领域摸爬滚打的工程师，我手里积累了不少关于底层架构和实时操作系统的资料，但总觉得缺少一本能将这些看似零散的知识点串联起来，形成一个宏大、系统性框架的“总纲”。我期待它能深入剖析当前主流嵌入式平台，比如ARM Cortex-M系列和更高级别的应用处理器，在性能优化上的瓶颈与突破口。尤其关注那些关于异构计算、多核并行处理的章节，我想知道作者是如何看待FPGA和GPU在嵌入式AI推理场景中的角色定位。那种对系统级性能调优的细致入微的描述，以及对功耗与实时性矛盾的深刻见解，才是真正能打动我的地方。如果这本书能提供一些前沿的基准测试方法论，并辅以真实的案例分析，那无疑会是工程师工具箱里的一把利器，远超那些仅仅停留在理论概念层面的教材。我对那些晦涩难懂的数学推导往往敬而远之，更青睐于那种直接指向工程实践的优化技巧，比如内存访问模式的重构、中断延迟的最小化策略，以及如何高效利用缓存一致性协议来提升整体吞吐量。

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读完前三章后，我最大的感受是作者在讲解系统初始化和启动流程时展现出的那种近乎苛刻的严谨性。它并没有像很多入门书籍那样草草带过引导加载程序（Bootloader）的细节，而是着重探讨了不同启动模式下，固件的完整性和安全性是如何被保障的。特别是关于安全启动链（Secure Boot Chain）的论述，作者似乎对供应链安全和固件加密技术有着独到的见解，这在当前物联网安全问题日益突出的背景下显得尤为重要。我尤其欣赏它对内存管理单元（MMU）和内存保护单元（MPU）配置的深入剖析，它不再是教科书式的讲解寄存器定义，而是结合了实际操作系统内核的虚拟地址映射策略，这对于需要开发定制化RTOS或进行内核移植的开发者来说，简直是及时雨。我希望后续章节能提供更多关于编译器优化选项的深度分析，例如，如何根据特定的目标架构调整代码生成策略，以最大化流水线效率，而不是仅仅依赖默认设置。这本书的结构布局非常清晰，目录设计合理，使得查找特定技术点时，定位速度非常快，这无疑提升了作为工具书的实用价值。

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