嵌入式系统项目实践技术 ARM嵌入式系统开发与实践

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页数:309
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出版时间:2008-10
价格:32.00元
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isbn号码:9787508372365
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  • 嵌入式系统
  • ARM
  • 嵌入式开发
  • 项目实践
  • 单片机
  • Cortex-M
  • 硬件设计
  • 软件开发
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具体描述

《嵌入式系统项目实践技术:ARM嵌入式系统开发与实践》从理论与实践相结合的角度,全面系统地介绍了ARM硬件体系结构、嵌入式设计方法、ARM指令系统、ARM程序设计、KEIL开发环境、基于LPC2378的具体开发应用。全书共15章,主要内容包括嵌入式系统基础、ARM体系结构、ARM指令寻址方式、ARM指令系统、ARM程序设计、KEIL开发环境、LPC2378核心系统、外设扩展原理及应用实例、基于LPC2124的具有日历功能的密码锁实例等。

探索物联网世界的基石:微控制器与传感器应用开发 本书旨在为您打开一扇通往蓬勃发展的物联网(IoT)和嵌入式系统开发领域的大门,通过深入浅出的讲解和丰富的实践案例,带您掌握微控制器(MCU)核心技术及其在传感器数据采集与处理中的应用。无论您是刚刚踏入嵌入式开发领域的初学者,还是希望拓展技术栈的经验工程师,本书都将为您提供宝贵的知识和实践指导。 核心内容概述: 本书将从微控制器的基本原理入手,详细介绍其架构、指令集、存储器管理以及中断机制。我们将聚焦于当前主流的微控制器系列,如STMicroelectronics的STM32、NXP的LPC系列以及Microchip的PIC系列等,分析它们在不同应用场景下的优势和特点。 随后,我们将深入探讨传感器技术,涵盖各类常见的传感器类型,包括但不限于: 温度与湿度传感器: 如DHT11、DHT22、BME280等,学习其工作原理、数据接口(如单总线、I2C、SPI)以及如何在微控制器上进行精确的温度和湿度测量。 光照强度传感器: 如光敏电阻、光电二极管、ALS系列传感器,理解其工作原理,学习如何将其集成到系统中,实现对环境光照的感知和控制。 加速度计与陀螺仪: 如MPU6050、LSM9DS1等,掌握三轴加速度计和陀螺仪的工作原理,学习如何通过它们实现姿态检测、运动跟踪、跌倒检测等功能。 距离传感器: 如超声波测距模块(HC-SR04)、红外测距传感器,学习其测距原理,了解其在避障、液位检测等方面的应用。 气体传感器: 如MQ系列气体传感器(MQ-2、MQ-7等),理解其对特定气体的敏感性,学习如何用于环境监测、安全预警等场景。 生物传感器: 简单介绍心率传感器、血氧传感器等,了解其在健康监测领域的应用潜力。 在掌握了微控制器和传感器基础后,本书将重点讲解如何将两者有机结合,实现各种实际的嵌入式应用。我们将循序渐进地引导您完成以下项目实践: 1. 环境监测站: 利用温度、湿度、光照传感器,结合微控制器,实时采集环境数据,并通过LCD显示屏或串口终端输出。学习如何设计数据采集周期,处理传感器噪声,实现数据的有效展示。 2. 智能家居自动化: 结合人体红外感应传感器(PIR)、门磁传感器,实现灯光自动开关、安防报警等功能。学习如何利用中断机制响应事件,设计低功耗工作模式。 3. 机器人避障系统: 使用超声波测距传感器,让微控制器控制电机,实现机器人能够自主检测并规避障碍物。学习PID控制算法在电机速度和方向控制中的应用。 4. 可穿戴设备原型: 利用加速度计和心率传感器,采集用户的运动和生理数据,并将数据通过蓝牙或Wi-Fi无线传输。学习低功耗设计技巧,以及如何与手机APP进行数据交互。 5. 工业数据采集与监控: 针对需要更精确、更稳定数据采集的场景,讲解如何选择工业级传感器,如何进行数据滤波、校准,以及如何实现RS485、CAN总线等工业通信协议。 技术深度与广度: 本书不仅会详细介绍硬件接口的连接和配置,更会深入讲解软件开发过程中需要掌握的关键技术: 裸机编程与RTOS应用: 从直接操作寄存器进行裸机开发,到利用实时操作系统(RTOS)如FreeRTOS,学习任务调度、信号量、消息队列等概念,实现更复杂的并发任务管理。 通信协议实现: 详细讲解I2C、SPI、UART、USB等常用通信协议的原理和在微控制器上的实现细节,以及MQTT、CoAP等在物联网通信中的应用。 数据处理与算法: 介绍数字信号处理(DSP)的基本概念,如滤波算法(均值滤波、中值滤波、卡尔曼滤波)、傅里叶变换等,以及如何在嵌入式设备上高效实现。 电源管理与功耗优化: 探讨低功耗设计的重要性,介绍微控制器的各种低功耗模式,以及如何在传感器数据采集过程中实现功耗的最小化。 嵌入式Linux基础(选讲): 对于需要更强大处理能力和更丰富外设支持的应用,会简要介绍嵌入式Linux系统的概念,交叉编译环境的搭建,以及如何在Linux平台上进行传感器驱动开发。 实践导向与工具链: 本书鼓励读者动手实践,提供详细的硬件连接图、代码示例以及调试技巧。我们将介绍常用的嵌入式开发工具链,包括集成开发环境(IDE)如Keil MDK、STM32CubeIDE、Atollic TrueSTUDIO,以及调试器如ST-Link、J-Link等。通过实际操作,读者将能够快速上手,解决开发过程中遇到的问题。 学习本书,您将能够: 深刻理解微控制器的内部工作机制。 熟练掌握各类常用传感器的接口技术和数据采集方法。 独立设计和实现具有代表性的嵌入式系统项目。 掌握嵌入式软件开发的核心技能,包括裸机编程、RTOS应用及通信协议实现。 培养解决实际工程问题的能力,为未来的嵌入式开发或物联网项目奠定坚实基础。 踏上这段激动人心的嵌入式开发之旅,用您的创意和技术,构建连接物理世界与数字世界的桥梁!

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坦白说,我最初是被这本书的厚度和内容丰富度所吸引。作为一个项目经理,我需要对嵌入式项目的各个环节都有大致的了解,以便更好地协调团队和把控进度。这本书在项目实践和流程管理方面的论述,给了我很大的启发。它详细地介绍了嵌入式项目从需求分析、方案设计、原型开发、代码实现、硬件调试到最终产品化的完整生命周期。我特别关注书中关于“敏捷开发在嵌入式项目中的应用”这一章节。虽然很多软件项目都在采用敏捷方法,但将敏捷的迭代和反馈机制应用到硬件开发中,确实存在一些挑战。本书通过案例分析,阐述了如何通过快速原型迭代来验证硬件设计,以及如何在软件开发过程中与硬件开发紧密配合,确保项目按时高质量完成。此外,书中关于版本控制、代码审查、测试策略等方面的实践建议,也都是非常实用的。我一直强调团队协作和规范化流程的重要性,而本书正好提供了许多可以直接借鉴的宝贵经验。它让我认识到,一个成功的嵌入式项目,不仅需要优秀的技术人员,还需要清晰的项目管理和高效的团队协作。这本书为我提供了一个更广阔的视野,让我能够更全面地看待嵌入式项目的成功要素,并将其融入到我的项目管理实践中。

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作为一个有几年嵌入式开发经验的老兵,我一直寻求能够深化我对ARM平台理解的书籍,而这本书无疑满足了我的需求。它在架构设计和底层原理的探讨上,有着相当的深度。例如,书中对ARMv7-A和ARMv8-A架构的详细对比分析,不仅仅是列出了一些版本号的变化,而是深入到指令集架构的演进、内存管理单元(MMU)的优化、以及高级功能如TrustZone安全技术的引入等关键方面。我尤其对书中关于MMU工作原理的阐述感到受益匪浅。它清晰地解释了虚拟地址如何通过页表转换为物理地址,以及TLB(Translation Lookaside Buffer)在加速地址翻译过程中的作用。这对于理解操作系统如何在ARM平台上进行内存管理,以及如何实现进程隔离至关重要。此外,本书对中断处理机制的讲解也十分细致,从中断向量表的作用,到中断控制器(GIC)的工作流程,再到异常向量和特权模式的切换,都有详尽的描述。我曾在工作中遇到过一个棘手的多线程同步问题,通过回顾书中关于中断和异常处理的知识,我找到了问题的症结所在,并成功地解决了它。这本书的价值在于,它不仅仅停留在“做什么”,更深入地探讨了“为什么这么做”,以及“如何做得更好”。它提供的不仅仅是知识,更是解决复杂问题的思维方式和方法论,这对于任何想要在嵌入式开发领域有所建树的工程师来说,都是宝贵的财富。

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在我尝试阅读这本书之前,我对C语言在嵌入式开发中的作用仅仅停留在基础的语法层面。然而,这本书让我对C语言在嵌入式系统中的精妙运用有了全新的认识。它不仅仅是教会我如何编写C代码,更重要的是,它深入讲解了C语言如何与底层硬件进行交互。例如,书中详细阐述了指针的运用,不仅是如何声明和使用指针,更是如何利用指针进行内存的直接访问和控制,这对于直接操作寄存器、管理硬件资源至关重要。我印象最深刻的是关于“位操作”的讲解。书中通过大量实际的例子,展示了如何利用按位运算符(如&、|、^、~、<<、>>)来精确地控制硬件寄存器的特定位。这对于配置GPIO、设置定时器、或者解析传感器数据等任务来说,是不可或缺的技能。我曾遇到过一个传感器驱动的难题,通过书中关于位操作的指导,我能够非常准确地理解传感器数据手册中的位定义,并编写出高效准确的驱动代码,从而解决了困扰我多时的问题。此外,书中关于内存布局、栈与堆的管理、以及内联汇编的使用,都为我提供了更深层次的理解,让我能够写出更高效、更可靠的嵌入式C代码。这本书就像一把钥匙,为我打开了C语言在嵌入式领域潜力的宝藏。

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我是一位对单片机和嵌入式操作系统(RTOS)有着浓厚兴趣的爱好者。这本书在RTOS的讲解部分,给我留下了非常深刻的印象。它并没有仅仅介绍某个特定的RTOS,而是从RTOS的核心概念入手,例如任务调度、任务同步、中断管理、内存管理等,并详细分析了这些概念在ARM平台上的实现。我特别喜欢书中关于“实时性”的讨论。它解释了为什么RTOS能够满足实时系统的需求,以及如何通过合理的任务优先级设置、中断响应时间优化等手段来保证系统的实时性。书中对FreeRTOS、RT-Thread等主流RTOS的介绍和对比,也为我选择合适的RTOS提供了重要的参考。我曾经在做一个需要多任务协同工作的项目时,对任务间的通信和同步感到困惑。通过阅读本书关于信号量、互斥量、消息队列等RTOS同步原语的讲解,我找到了解决问题的有效方法,并且能够编写出更健壮、更高效的多任务并发程序。此外,书中还涵盖了RTOS在嵌入式系统中的典型应用场景,例如工业控制、医疗设备、物联网终端等,这让我对RTOS的实际价值有了更直观的认识。这本书让我不仅理解了RTOS的原理,更学会了如何利用RTOS来构建复杂的嵌入式系统。

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这本书的封面设计有一种沉静的力量,仿佛在诉说着嵌入式系统深邃的魅力。我是一名对嵌入式领域充满好奇的初学者,在翻阅这本书之前,我对ARM架构的理解仅停留在一些零散的概念上,比如它高效的能耗比和在移动设备上的广泛应用。然而,本书从一开始就展现出一种系统性的教学思路,它并没有直接抛出晦涩难懂的代码,而是循序渐进地从最基础的知识点讲起,例如ARM处理器的基本结构、指令集、寄存器的工作原理等等。我特别喜欢作者在介绍每个概念时,都会配以生动形象的比喻,这使得原本抽象的技术变得触手可及。比如,在解释ARM的流水线技术时,作者将其比作工厂里的生产线,每个环节都有其特定的功能和等待时间,通过优化这些环节,可以极大地提高处理速度。这种细致入微的讲解方式,让我能够深入理解ARM处理器的工作流程,而不仅仅是死记硬背。更让我印象深刻的是,书中在讲解理论知识的同时,并没有忽视实践的重要性。每一章的结尾,都会有相关的实验和代码示例,引导读者动手去验证所学知识。我记得在学习GPIO(通用输入输出)端口的时候,书中提供的实验是通过点亮LED灯来演示,这看似简单的操作,却让我第一次真正感受到了自己能够通过代码控制硬件的奇妙之处。那个晚上,当我看到LED灯随着我的代码指令闪烁时,那种成就感是难以言喻的。本书不仅仅是一本技术书籍,更像是一位耐心的导师,引领着我一步步走进嵌入式开发的世界,让我对这个领域产生了前所未有的热情和信心。

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从一位对网络通信有一定经验的开发者角度来看,这本书在ARM嵌入式系统上实现网络功能的部分,提供了一个非常全面且实用的指南。它不仅介绍了TCP/IP协议栈在嵌入式设备上的实现,还涵盖了各种常见的嵌入式网络应用,如HTTP、MQTT、CoAP等。我特别欣赏书中关于“嵌入式Web服务器”的开发。它详细讲解了如何使用轻量级的Web服务器库(如mongoose、lighttpd)在ARM平台上搭建一个Web服务器,并通过HTTP协议与外部设备进行通信。这对于开发智能家居设备、工业自动化控制器等需要远程监控和控制的应用场景,非常重要。书中还深入探讨了嵌入式设备在物联网(IoT)中的应用,包括如何使用MQTT协议进行设备间的通信,以及如何将设备数据上传到云平台。我曾经在做一个远程数据采集项目时,对如何高效、可靠地将数据传输到云端感到困惑。通过阅读本书关于MQTT协议的讲解,我能够理解其发布/订阅模式的优势,并成功地实现了设备与云平台的稳定连接。这本书为我提供了一个将ARM嵌入式系统与物联网技术相结合的强大工具箱。

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在我接触这本书之前,对于嵌入式系统中的功耗管理和低功耗设计,我并没有一个系统性的认知。这本书在这方面的讲解,为我打开了新的视野。它详细阐述了ARM处理器在不同工作模式下的功耗特性,以及各种外围设备对系统功耗的影响。书中介绍了多种降低系统功耗的技术,例如动态电压和频率调整(DVFS)、时钟门控、电源门控,以及如何利用睡眠模式来减少待机功耗。我特别喜欢书中关于“低功耗模式下的唤醒机制”的介绍。它解释了如何通过定时器、外部中断等方式,从低功耗模式中唤醒系统,并重新启动正常工作。这对于设计电池供电的嵌入式设备,如物联网传感器节点、可穿戴设备等,至关重要。书中还提供了一些实际的低功耗设计案例,让我能够学习如何将这些理论知识应用到实际项目中。例如,如何通过优化算法、选择合适的低功耗元器件、以及精细化地管理系统时钟来最大程度地降低功耗。这本书不仅提升了我对嵌入式系统功耗管理的理解,更让我学会了如何设计更节能、更具竞争力的嵌入式产品。

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我是一名热衷于安全技术的开发者,而这本书在ARM嵌入式系统的安全防护方面的内容,给我留下了深刻的印象。它不仅仅是泛泛地介绍安全概念,而是深入探讨了ARM架构特有的安全机制,例如TrustZone技术,以及如何在软件层面实现对嵌入式系统的安全加固。书中详细解释了TrustZone如何通过硬件隔离,将系统划分为安全世界和非安全世界,从而保护敏感数据的机密性和完整性。我特别欣赏书中关于“安全启动”的讲解。它阐述了如何通过固件签名、链式验证等技术,确保只有经过授权的固件才能在ARM设备上运行,从而防止恶意软件的注入。此外,书中还介绍了加密算法在嵌入式系统中的应用,例如AES、RSA等,以及如何利用硬件加密模块来加速加密运算。我曾经在做一个涉及敏感数据传输的项目时,对如何保证数据在传输过程中的安全感到担忧。通过阅读本书关于加密算法和安全通信协议的讲解,我能够采取有效的措施来保护数据的安全性。这本书不仅提升了我对嵌入式系统安全的认识,更教会了我如何构建更安全、更可靠的嵌入式系统。

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从一名对Linux系统有一定了解的开发者角度来看,这本书在ARM嵌入式系统上结合Linux开发的内容,提供了非常扎实的理论基础和实践指导。书中对于Linux内核在ARM平台上的移植、配置和裁剪,有着详尽的论述。我特别欣赏作者在讲解Linux设备驱动模型时,清晰地梳理了内核模块的加载与卸载、设备文件系统(devfs/udev)的工作原理,以及平台驱动、总线驱动、设备驱动之间的关系。这让我对Linux系统如何管理和驱动各种硬件有了更深刻的理解。书中还重点介绍了如何为ARM系统交叉编译Linux内核和根文件系统,以及如何使用BusyBox来构建一个精简的嵌入式Linux环境。我曾经尝试过自己从零开始构建一个嵌入式Linux系统,但走了不少弯路。通过阅读本书,我找到了许多关键的步骤和配置项,大大提高了我的效率。更重要的是,书中关于嵌入式Linux应用的开发,从用户空间的应用程序开发,到进程间通信(IPC)机制,再到网络编程,都有详细的讲解和实例。它让我能够将Linux强大的生态系统与ARM硬件的优势相结合,开发出功能丰富、性能优越的嵌入式应用。这本书为我提供了一条将Linux技术应用于嵌入式开发的清晰路径。

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作为一名曾经参与过一些硬件设计项目的人,我对本书在硬件与软件结合方面的论述感到非常满意。它不仅仅是将软件开发技术应用于ARM,而是强调了软件开发需要深入理解硬件的限制和能力。书中关于ARM处理器与外围设备(如SPI、I2C、UART、ADC/DAC等)的接口设计和通信协议讲解,非常细致。它详细解释了如何通过配置寄存器来控制这些外围设备,以及如何在软件中实现与这些设备的有效交互。我特别欣赏书中关于“嵌入式系统调试技术”的章节。它介绍了多种调试方法,包括使用JTAG/SWD接口的硬件调试器,以及通过printf重定向、逻辑分析仪等辅助手段进行软件调试。我曾经在调试一个通信协议时,因为无法有效地查看通信过程中的数据,而花费了大量时间。通过书中关于逻辑分析仪的使用方法,我能够直观地观察到数据的发送和接收过程,从而快速定位了通信协议中的错误。这本书的价值在于,它弥合了软件开发者和硬件工程师之间的鸿沟,让开发者能够更全面地理解整个嵌入式系统的构成,并有效地进行软硬件协同开发和调试。

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