可编程控制器应用实训 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:

出品人:

页数:110

译者:

出版时间:2007-8

价格:13.00元

装帧:

isbn号码:9787304039431

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 可编程控制器
• 工业自动化
• 实训
• 编程
• 电气控制
• 传感器
• 执行器
• 单片机
• 嵌入式系统

《现代嵌入式系统设计与实践》 第一章：嵌入式系统基础概念与架构 本章旨在为读者构建一个坚实的嵌入式系统基础知识框架。我们将从最基本的定义入手，深入探讨嵌入式系统与传统通用计算机系统的核心区别，强调其在资源受限、实时性要求和专用性方面的特性。 1.1 嵌入式系统的定义与发展历程 首先界定嵌入式系统的范畴，包括其在消费电子、工业控制、汽车电子和医疗设备等领域的广泛应用。回顾嵌入式系统技术从早期的简单微控制器到现代复杂片上系统（SoC）的发展轨迹，分析关键技术节点的突破。 1.2 嵌入式系统的基本组成与硬件架构 详细剖析嵌入式系统的核心组件：微处理器（MPU）、微控制器（MCU）和数字信号处理器（DSP）。深入讲解CPU/MCU的体系结构，如冯·诺依曼与哈佛结构，以及指令集架构（ISA）的重要性，侧重于ARM Cortex-M系列架构的特点和优势。 系统地介绍存储器层次结构，包括易失性存储器（SRAM、DRAM）和非易失性存储器（Flash、EEPROM）的原理、读写时序及其在系统中的作用。 阐述输入/输出（I/O）子系统的设计，包括通用I/O端口、定时器/计数器、模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的工作原理和配置方法。重点讨论中断系统（中断向量表、优先级管理和中断服务程序设计）在实现系统实时响应中的关键作用。 1.3 嵌入式软件系统概述 系统地介绍嵌入式软件的层次结构，从最底层的硬件抽象层（HAL）到操作系统层和应用层。区分裸机编程（Bare-metal Programming）和基于操作系统的开发模式。 第二章：实时操作系统（RTOS）原理与应用 实时操作系统是现代复杂嵌入式系统实现高可靠性和时间确定性的基石。本章将聚焦于RTOS的核心机制、调度策略和任务管理。 2.1 RTOS的基本概念与特性 定义实时系统的分类：硬实时、软实时和有界时间系统。阐述RTOS相较于通用操作系统的关键区别，如确定性、中断延迟和上下文切换时间的要求。 2.2 任务管理与调度算法 深入分析嵌入式系统中的任务（Task）概念，包括任务的生命周期（创建、就绪、运行、阻塞、终止）和状态转换。详细讲解常见的调度算法：固定优先级抢占式调度、轮转调度、优先级继承协议（PIP）和优先级天花板协议（PCP），并结合实例分析不同算法在资源竞争场景下的表现。 2.3 任务间通信与同步机制 系统讲解实现多任务协作与避免竞争条件的关键同步原语。详细阐述信号量（Semaphore，包括二值和计数信号量）、互斥锁（Mutex）的正确使用方法，以及消息队列（Message Queue）和事件标志组（Event Flags）在数据交换和事件通知中的作用。重点分析死锁（Deadlock）的成因及预防措施。 2.4 内存管理在RTOS中的实现 探讨RTOS如何管理有限的系统内存。分析静态内存分配和动态内存分配策略的优缺点，特别是内存池（Memory Pool）技术在嵌入式环境中减少内存碎片和提高分配效率的优势。 第三章：嵌入式系统开发工具链与调试技术 高效的开发流程依赖于成熟的工具链和精确的调试手段。本章侧重于实践层面的工程化开发方法。 3.1 交叉编译环境的搭建与使用 介绍交叉编译（Cross-compilation）的概念，即在一个宿主机器（如x86 PC）上为目标架构（如ARM）生成可执行代码的过程。讲解GCC/G++/GNU Binutils工具链在嵌入式开发中的应用，包括编译、汇编、链接脚本（Linker Script）的编写与修改，理解代码段、数据段和BSS段的内存布局。 3.2 引导加载程序（Bootloader）与启动过程 解析系统上电后，引导加载程序（如U-Boot）执行的关键步骤：硬件初始化、内存映射、内核加载与跳转。讨论如何在Bootloader中实现固件的更新机制。 3.3 固件调试技术 详尽介绍硬件调试接口，如JTAG（Joint Test Action Group）和SWD（Serial Wire Debug）。阐述使用硬件调试器（如J-Link, ST-Link）进行断点设置、单步执行、寄存器查看和内存观察的实战技巧。讨论软件仿真器（Simulator）和硬件在环（Hardware-in-the-Loop, HIL）测试方法的适用场景。 3.4 嵌入式日志与性能分析 探讨在资源受限环境下进行有效的日志记录（Logging）策略，如环形缓冲区和远程串口输出。介绍性能分析工具（如Profiling），用于测量函数执行时间、栈使用情况和功耗分析，以满足对系统实时性和效率的要求。 第四章：低功耗设计与电源管理 在移动和物联网设备中，电源效率是决定产品生命周期的核心指标。本章专注于如何从硬件和软件层面实现系统的低功耗运行。 4.1 功耗基础知识与测量方法 区分静态功耗和动态功耗。介绍测量系统功耗的工具和技术，如电流探针和功率分析仪，强调在不同工作模式下进行准确测量的重要性。 4.2 处理器与外设的功耗优化 深入分析MCU内部时钟门控（Clock Gating）和电源门控（Power Gating）技术。讲解如何动态调整CPU主频和电压（DVFS）以匹配当前负载需求。针对外设（如ADC、通信模块），说明在不使用时将其置于最低功耗模式的策略。 4.3 睡眠模式与唤醒机制 详细介绍不同级别的睡眠模式（如休眠、深度睡眠、待机）。重点阐述系统如何通过外部中断、定时器事件或特定通信协议的唤醒信号，快速且低功耗地从睡眠状态恢复到全速运行状态。分析中断延迟对唤醒机制设计的影响。 第五章：嵌入式网络通信协议栈 现代嵌入式系统往往需要接入网络环境，本章将系统介绍主流的嵌入式网络技术和协议。 5.1 嵌入式网络接口与基础协议 回顾以太网接口（MAC/PHY）的硬件接口原理。深入讲解TCP/IP协议栈的简化模型及其在嵌入式设备中的移植与裁剪。重点分析UDP在实时数据传输中的应用优势。 5.2 串行通信协议深度解析 全面覆盖嵌入式系统中最常用的低速串行通信标准：UART（异步串口）、SPI（同步外设接口）和I2C（两线总线）。不仅介绍其电气特性和时序图，更侧重于在多设备连接拓扑下如何进行地址寻址、仲裁和数据完整性校验。 5.3 现代无线通信技术 介绍低功耗广域网（LPWAN）技术（如LoRa, NB-IoT）的特点和适用场景。深入探讨蓝牙（BLE）在功耗敏感型设备中的应用，包括连接建立、数据包结构和低功耗连接模式。 第六章：嵌入式系统安全性与可靠性设计 随着系统复杂度的增加，安全性和可靠性成为不可或缺的设计要素。 6.1 嵌入式安全基础 讨论嵌入式系统面临的主要安全威胁，如代码篡改、物理端口攻击和侧信道攻击。介绍固件加密、安全启动（Secure Boot）流程的实现原理，确保系统只加载经过验证的软件。 6.2 错误检测与容错机制 系统地介绍如何通过软件和硬件冗余来提高系统可靠性。讨论循环冗余校验（CRC）、校验和（Checksum）在数据传输和存储中的应用。深入讲解看门狗定时器（Watchdog Timer）的工作原理及其在系统复位和恢复中的关键作用。 6.3 嵌入式软件的健壮性设计 强调边界条件检查、输入数据合法性验证、异常捕获和错误恢复路径设计的必要性。介绍断言（Assertion）在开发阶段的调试价值。 第七章：高级嵌入式系统设计模式 本章将探讨在大型嵌入式项目中提升代码可维护性和复用性的设计模式。 7.1 状态机设计与实现 详细讲解有限状态机（FSM）在处理复杂交互逻辑（如通信协议解析、用户界面流程）中的优势。对比使用纯粹的`switch-case`结构与面向对象的状态模式（State Pattern）在代码可读性上的差异。 7.2 硬件抽象层（HAL）的设计原则 阐述HAL的设计目标：将应用层代码与特定硬件平台的寄存器操作隔离开来。通过清晰的接口定义，实现代码在不同MCU系列间的移植性。 7.3 嵌入式软件的测试方法论 介绍单元测试在嵌入式开发中的挑战与解决方案。讨论集成测试的关键环节，包括驱动层、服务层和应用层的联调策略。强调Mocking和Stubbing技术在隔离硬件依赖方面的应用。 --- 本书特色： 本书内容严格聚焦于嵌入式系统的底层原理、实时操作系统的核心机制、以及现代嵌入式工程的实践方法。全书不涉及工业自动化中特定品牌的可编程逻辑控制器（PLC）的编程语言（如梯形图、指令表）或其专用的应用软件开发环境和项目配置。重点完全放在通用微控制器架构、RTOS内核、系统级调试与低功耗优化等跨平台通用技术上，旨在培养读者对复杂嵌入式软硬件一体化系统的深度理解和独立设计能力。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆