过程控制与自动化仪表 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京大学出版社

作者:张井岗

出品人:

页数:401 页

译者:

出版时间:2007年

价格:36.0

装帧:平装

isbn号码:9787301123300

丛书系列:

图书标签:

• 过程控制
• 自动化仪表
• 工业自动化
• 控制工程
• 仪表技术
• 传感器
• 执行器
• PID控制
• DCS
• PLC

好的，这是一份关于《现代嵌入式系统设计与实践》的详细图书简介，内容完全不涉及过程控制与自动化仪表相关主题。 --- 现代嵌入式系统设计与实践 导言：数字化时代的神经中枢 在当今高度互联和智能化的世界中，嵌入式系统已不再是隐藏在幕后的简单控制器。它们是智能手机、自动驾驶汽车、物联网（IoT）设备乃至工业4.0基础设施的核心“大脑”。《现代嵌入式系统设计与实践》旨在为读者提供一套全面、深入且高度实用的知识体系，指导他们从概念设计到最终产品实现的整个嵌入式系统开发周期。本书聚焦于当前业界最前沿的技术趋势、设计范式和高效的实现方法，是工程师、高级学生及系统架构师手中不可或缺的工具书。 第一部分：基础架构与核心硬件 本部分致力于构建读者对现代嵌入式硬件平台的坚实理解，重点关注处理器架构、内存管理和外设交互。 1. 处理器选型与架构深入 本书首先剖析了主流嵌入式处理器家族的演变及其核心优势： ARM Cortex-M/R/A 系列的深度对比： 详细解析了不同系列在实时性、功耗和性能上的权衡，并讨论了它们在资源受限设备和高性能计算平台中的适用场景。 RISC-V 架构的崛起： 探讨了 RISC-V 作为开放指令集架构（ISA）的哲学，分析其在定制化、安全性以及生态系统构建方面的潜力，并提供基于开源工具链的初级项目实践。 多核与异构计算： 讨论了如何利用多核处理器（如 ARM big.LITTLE 架构）进行任务并行化，并介绍了 GPU/FPGA 作为加速器的集成方法。 2. 内存与存储技术 深入讲解了嵌入式系统中至关重要的内存层次结构： SRAM, DRAM 与 Flash 存储器： 阐述了不同存储介质的读写特性、寿命限制（如 NAND/NOR Flash 的擦写次数）以及在系统启动流程中的作用。 缓存一致性与内存保护单元（MPU/MMU）： 详细解释了缓存的读写策略（Write-Through/Write-Back）如何影响数据一致性，并说明 MPU 在保护内核空间和应用层代码隔离中的关键作用。 3. 关键外设接口与总线协议 系统级通信是嵌入式设计的核心： 片上总线系统： 对 AMBA 协议族（AHB/APB）的结构进行细致剖析，指导读者如何设计高效的总线仲裁和数据传输机制。 高速串行接口： 详述 USB 3.0/Type-C 的物理层和协议栈，以及 PCIe 在高性能数据吞吐场景下的配置要点。 低速与传感器接口： 覆盖 I2C、SPI、UART 的底层操作，并重点讲解如何通过 DMA（直接内存访问）实现对 ADC/DAC 等外设的高效数据采集，避免 CPU 介入造成的延迟。 第二部分：实时操作系统与软件工程 现代嵌入式系统的复杂性要求采用成熟的软件架构。本部分聚焦于操作系统、驱动开发和软件维护的最佳实践。 1. 实时操作系统（RTOS）的原理与应用 本书对主流 RTOS（如 FreeRTOS, Zephyr, RT-Thread）进行了深入比较和实践指导： 内核机制剖析： 详细讲解任务调度算法（抢占式、固定优先级、轮转），上下文切换的开销分析，以及中断服务程序（ISR）的设计规范。 进程间通信（IPC）与同步： 阐述信号量、互斥锁、消息队列、事件标志组等 IPC 机制的使用场景与陷阱，重点分析死锁和竞态条件的预防策略。 时间管理与确定性： 深入探讨系统时钟源的配置、Tickless 模式的应用，以及如何量化和保证关键任务的端到端延迟。 2. 设备驱动程序（Device Driver）开发 驱动程序是硬件与软件的桥梁： 平台驱动模型： 介绍设备树（Device Tree）在抽象硬件描述中的作用，及其在不同 BSP（板级支持包）之间的可移植性优势。 中断处理与下半部机制： 遵循“快速处理上半部（ISR），延迟处理下半部”的原则，详细介绍软中断、工作队列和 tasklet 的实现，确保系统响应速度。 用户空间与内核空间隔离： 讲解如何通过 Linux 内核模块或 RTOS 提供的 API 实现安全的用户空间驱动接口，避免直接访问硬件资源。 3. 嵌入式软件的质量保证 强调开发流程的规范化： 静态分析与代码规范： 介绍 MISRA C/C++ 标准在嵌入式安全领域的应用，并使用 Clang-Tidy 等工具进行自动化代码质量检查。 单元测试与集成测试： 推荐使用 CppUTest 或 Google Test 等框架，讲解如何针对驱动层和算法层编写隔离的测试用例，实现“测试驱动开发”（TDD）在嵌入式环境下的落地。 第三部分：系统级设计与前沿技术 本部分面向更高级的设计挑战，包括系统功耗管理、安全性和网络通信的实现。 1. 功耗优化策略 在电池供电设备和边缘计算节点中，功耗是决定成败的关键： 动态电压与频率调节（DVFS）： 阐述如何根据系统负载动态调整 CPU 频率和电压，以实现最大能效比。 电源管理单元（PMIC）集成： 讲解 PMIC 的配置，包括 LDO、DC-DC 转换器的选择，以及如何实现深度睡眠（Deep Sleep）模式下的快速唤醒机制。 电源域划分： 在复杂的 SoC 中，如何将不同功耗需求的外设划分为不同的电源域，实现非必需模块的彻底断电。 2. 嵌入式安全（Embedded Security） 系统安全已成为设计的首要考虑因素： 信任根（Root of Trust, RoT）： 介绍基于硬件安全模块（HSM）或 OTP 存储器的安全启动流程，确保系统从第一行代码开始就处于可信赖状态。 加密加速与固件更新： 利用硬件加速器（如 AES/SHA 引擎）处理加解密运算，并详细阐述安全、可验证的 FOTA（Firmware Over-The-Air）机制设计。 侧信道攻击防御： 讨论时序攻击、功耗分析等攻击手段，并介绍在软件层面如何通过代码随机化和屏蔽技术进行防御。 3. 边缘计算与连接性 探讨嵌入式系统如何接入云端和服务： 轻量级网络协议栈： 深入分析 MQTT、CoAP 协议的帧结构、QoS 级别，及其在资源受限设备上的性能优势。 容器化与虚拟化： 介绍 Docker/Kubernetes 在边缘计算集群中的应用，以及 Unikernels 技术如何为特定任务创建极小、安全的运行时环境。 AI 模型部署（TinyML）： 讲解如何使用 TensorFlow Lite Micro 或类似框架，将训练好的轻量级神经网络模型高效地移植并运行在微控制器上，实现实时的本地决策。 结语 《现代嵌入式系统设计与实践》不仅是一本教科书，更是一本实战手册。它通过深入剖析底层硬件机制、规范化的软件工程方法论，以及对前沿安全和AI技术的融合，为读者提供了构建下一代智能、可靠、高效嵌入式产品的全面路线图。掌握本书内容，即意味着掌握了通往复杂系统设计的核心钥匙。

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老实说，我是在一个偶然的机会下接触到这本著作的，当时我正在为一个老旧的生产线进行数字化改造项目，急需一本能快速梳理核心原理并提供实用解决方案的参考。这本书的优势在于其极强的工具属性，它没有过多地陷入晦涩的理论推导，而是将重点放在了“如何做”和“为什么这么做”上。例如，在关于DCS系统架构的部分，作者用非常简洁的语言勾勒出了层次结构，并详细对比了不同通信协议在实际工业网络中的表现，这对于我们评估和选择合适的系统集成方案提供了坚实的理论支撑。我尤其欣赏其中关于故障诊断和排除的部分，列举了大量的常见问题及其排查步骤，简直就是一本现场维护的“救急手册”。虽然书中也涉及了一些前沿技术，但其切入点始终是紧密围绕着保证系统稳定运行和提高控制精度这一核心目标，使得阅读体验非常扎实，绝无空泛之感。读完之后，我感觉自己对整个自动化控制链条的理解又提升了一个层次。

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这本书的封面设计得非常直观，采用了蓝白相间的色调，给人一种严谨而专业的印象。我拿到手的时候，首先被它厚实的纸张和精美的装帧所吸引。内页的排版布局清晰明了，即便是初次接触这个领域的读者，也能很快找到重点。书中对一些基础概念的阐述非常到位，比如信号的采集、转换和传输，作者似乎深谙初学者的困惑，总能在关键点上提供详尽的图示和生动的比喻。我特别欣赏其中关于传感器选型和安装的章节，不仅仅是罗列各种类型，更深入地探讨了不同应用场景下的优缺点和注意事项，这种实践层面的指导价值极高。翻阅过程中，我注意到一些复杂的控制算法，比如PID的深入分析，作者并没有简单地给出公式，而是通过流程图和实际案例，将抽象的数学模型转化为了易于理解的操作步骤，这对于工程实践人员来说，无疑是一份宝贵的参考资料。总而言之，这本书的体例结构严谨，内容覆盖面广，是一本值得放在案头时常翻阅的工具书。

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这本书的阅读体验，对于我这种非科班出身、纯靠自学摸索的人来说，简直是打开了一扇窗。它的叙事风格非常平易近人，没有那种高高在上的学术腔调。作者似乎总能站在一个更具同理心的角度来组织内容。比如，在介绍模糊控制和神经网络控制时，它没有直接抛出复杂的矩阵运算，而是先通过一个生活中的例子，比如水温的自动调节，来形象地解释模糊集合的概念，这种“润物细无声”的教学方式，极大地降低了我的畏难情绪。此外，书中大量的图表设计也功不可没，那些经典的过程控制回路图，用色考究，标注清晰，即便是最复杂的反馈结构，也能一目了然。我甚至发现，书中的部分案例似乎是基于真实的化工或电力行业的场景改编的，这使得学习过程充满了代入感，不再是单纯的纸上谈兵。这是一本真正用心去编写的教材，体现了作者深厚的教学功底和对行业实践的深刻洞察。

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我花了相当长的时间来对比市场上几本主流的自动化控制书籍，最终选择这本书，主要是冲着它对“仪表”部分的深度挖掘。现在很多书籍在强调软件和算法的同时，往往忽视了现场执行机构和传感器的物理特性。然而，这本书却非常详尽地讨论了从电磁流量计到热电偶的各种测量原理、误差来源以及校验方法。特别是在抗干扰和信号完整性方面，书中给出的建议具有很强的操作性，比如屏蔽线的正确接地、管道的振动对压力测量的影响分析等，这些都是教科书里轻易不会涉及的“经验之谈”。它的深度，在于能将理论与现场的“脏活累活”紧密结合起来，让你明白，一个完美的控制算法，最终还是要落实到可靠的物理设备上。对于希望从初级技术员成长为资深工程师的人来说，这种对细节的关注是至关重要的，这本书在这方面做得非常出色。

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如果要用一个词来形容这本书的整体感觉，那便是“全面而有条理”。它不像某些专业书籍那样只聚焦于某个特定的小领域，而是提供了一个宏观的、自顶向下的视图。从最基础的电气安全规范讲起，逐步深入到复杂的系统集成与网络化管理，这种层层递进的结构，使得读者在构建知识体系时不会感到混乱。我特别喜欢它在讨论软件工程和系统维护时的角度，它强调的不仅是代码的逻辑正确性，还包括了系统的可维护性、文档的规范化，这在现代复杂的工业4.0背景下显得尤为重要。书中对于安全连锁系统的设计原则阐述得极为审慎，反复强调了冗余和独立性的重要性，这体现了作者对工业安全的高度责任感。总而言之，这是一部集大成之作，它不仅传授了知识，更塑造了一种严谨、负责任的工程思维模式。

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