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出版者:

作者:马建峰

出品人:

页数:431

译者:

出版时间:2009-4

价格:58.00元

装帧:

isbn号码:9787040262100

丛书系列:

图书标签:

• 无线安全
• 无线局域网
• WLAN
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• 移动设备安全

深入解析嵌入式系统设计与实践 书籍简介 本书全面而深入地探讨了现代嵌入式系统的设计、开发与实现过程，旨在为读者提供从硬件选型到复杂软件架构构建的完整知识体系。它不仅仅是一本理论综述，更是一本侧重于工程实践和前沿技术的指导手册，特别关注资源受限环境下高效能系统的构建方法。 第一部分：嵌入式系统基础与架构 本部分奠定了理解现代嵌入式系统的基石。首先，我们详细剖析了嵌入式系统的基本构成要素，包括微处理器（MCU）、微控制器（MPU）以及SoC（系统级芯片）的核心架构差异及其适用场景。我们将深入研究冯·诺依曼与哈佛架构在嵌入式应用中的取舍，并引入现代高性能内核的设计理念，例如流水线、乱序执行和缓存一致性协议。 重点章节将聚焦于中断系统和实时性保障。读者将学习到如何设计高效、低延迟的中断服务程序（ISR），理解硬实时与软实时的区别，并通过具体的时序分析工具（如Jitter分析）来评估系统响应时间。我们还将探讨直接内存访问（DMA）控制器的工作原理，阐释其如何卸载CPU负担，实现高效数据传输。 在内存管理方面，本书超越了简单的RAM/ROM介绍，深入讲解了片上存储器的层次结构——SRAM、DRAM、闪存（Flash Memory）的物理特性，以及MMU（内存管理单元）在复杂嵌入式操作系统（如Linux）中提供的内存保护、虚拟内存和地址翻译机制。对于资源受限的微控制器环境，我们将对比Heap与Stack的管理策略，并介绍静态内存分配的优化技术。 第二部分：底层软件开发与驱动工程 本部分是本书的核心技术体现，侧重于驱动程序的编写和底层硬件交互。 驱动程序开发： 我们将以一个典型的通用异步收发器（UART）为例，从寄存器级编程开始，逐步构建一个健壮、可移植的驱动模块。讲解内容包括I/O端口的映射、时钟门控、中断驱动的数据接收缓冲机制（Ring Buffer）以及轮询模式的性能考量。此外，针对串行总线（如SPI、I2C），本书提供了详细的时序图解和协议栈实现细节，特别强调了多主/多从设备仲裁和错误恢复机制。 固件启动序列： 理解系统是如何从“零”开始运行至关重要的。本书详细拆解了典型的ARM Cortex-M或Cortex-A处理器的启动流程，包括复位向量的加载、初始化堆栈指针、C/C++运行时环境的设置（如全局构造函数的执行），以及如何安全地将控制权移交给操作系统内核或主应用任务。 电源管理与功耗优化： 在移动和物联网设备中，功耗是决定产品生命周期的关键因素。本章深入探讨了动态电压和频率调节（DVFS）技术，以及不同睡眠模式（如Stop Mode, Deep Sleep）的唤醒延迟和功耗特征。读者将学习如何使用PMIC（电源管理IC）接口，并通过软件策略精确控制外设的时钟门控，实现能源效率的最大化。 第三部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程 本部分专注于嵌入式软件的复杂性管理，重点是任务调度和并发控制。 RTOS核心机制： 我们将使用主流的RTOS内核（如FreeRTOS或Zephyr）作为范例，详细解析任务控制块（TCB）、上下文切换的汇编细节以及调度器的算法。内容涵盖优先级继承、优先级天花板协议（Priority Ceiling Protocol）在解决优先级反转问题上的应用。 同步与互斥： 深入探讨并发编程中的陷阱，如竞态条件和死锁。除了传统的互斥量（Mutex）和信号量（Semaphore），本书还介绍了事件标志（Event Flags）、消息队列（Message Queues）在复杂任务间通信中的优劣，并强调了临界区（Critical Section）的合理使用边界，以最小化中断禁用时间。 系统级调试与性能分析： 掌握有效的调试技术是嵌入式开发不可或缺的能力。我们将介绍JTAG/SWD接口的工作原理，如何利用硬件断点和跟踪点进行非侵入式调试。此外，本书提供了使用逻辑分析仪和示波器来验证时序信号、调试总线通信的方法论，以及嵌入式性能分析工具（如Profiling）的应用，用于识别系统中的性能瓶颈。 第四部分：高级主题与前沿技术集成 本部分面向希望将嵌入式系统扩展到更复杂应用领域的读者。 嵌入式Linux裁剪与移植： 详细介绍了构建最小化Linux发行版的过程，包括Bootloader（如U-Boot）的配置、内核源码的交叉编译、设备树（Device Tree）的编写与解析，以及如何为特定硬件平台加载根文件系统。 边缘计算与容器化： 讨论了在资源受限的嵌入式设备上部署轻量级容器技术（如Docker/Podman的简化版本或Kata Containers）的可行性与挑战。重点分析了如何优化容器镜像大小、管理资源隔离以及确保实时性不受容器化额外开销的影响。 传感器融合与数据处理： 涵盖了从IMU（惯性测量单元）获取原始数据到实现卡尔曼滤波（Kalman Filtering）或互补滤波（Complementary Filtering）进行姿态解算的全过程。这部分内容结合了数字信号处理（DSP）的基础知识，说明如何在有限的计算资源下高效地处理高频传感器数据流。 安全启动与固件更新： 在安全性日益重要的背景下，本书详述了信任根（Root of Trust, RoT）的建立，包括硬件安全模块（HSM）的应用、代码签名验证机制，以及安全空中更新（OTA Updates）的原子性设计，确保系统在更新过程中即使断电也能保持可恢复状态。 本书的最终目标是培养读者构建下一代高性能、高可靠性、低功耗嵌入式系统的工程能力，使他们能够自信地应对从传感器节点到复杂边缘计算单元的各类挑战。

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这本书的实操指导性似乎达到了一个令人惊叹的高度。很多技术书籍在理论讲解后往往草草收场，留给读者的只有理论的骨架，缺乏血肉的填充。然而，翻看本书的某些章节，我能感受到一种强烈的“动手去做”的驱动力。作者似乎非常注重工具和方法的结合，对于每一种安全机制的讨论，都伴随着对具体实现步骤和常用开源工具的详尽介绍。例如，在讨论配置加固时，书中提供的检查清单和操作指南简洁明了，可以直接转化为工作中的行动步骤。这种“知行合一”的编写理念，极大地提升了本书的实用价值。它不是停留在纸上谈兵的层面，而是真正致力于将知识转化为读者的实际操作能力。对于那些需要立即在生产环境中部署或审计安全策略的专业人士来说，这本书无疑是极佳的实践指南。

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这本书的写作风格着实令人耳目一新，它完全摆脱了传统技术书籍那种枯燥乏味的叙事模式。作者似乎深谙如何将深奥的理论用生动、贴近实际的案例串联起来。我注意到，在介绍某一复杂算法时，作者并没有直接抛出冗长的公式，而是先描绘了一个现实世界中可能遇到的安全困境，然后循序渐进地展示该算法如何如同“破局者”一般，优雅地解决了问题。这种叙事手法极大地降低了读者的理解门槛，让人感觉自己不是在啃教材，而是在跟随一位经验丰富的导师进行实战演练。语言上，它既有学术的精准，又不失必要的口语化，使得那些晦涩难懂的术语也变得平易近人。这种平衡的拿捏，绝非易事，它要求作者不仅要有扎实的技术功底，更要有高超的表达艺术。读完前几章，我感觉自己仿佛已经站在了某个高安全等级网络的入口，对即将到来的挑战充满了信心。

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这本书的装帧设计颇具匠心，封面采用了深邃的蓝色调，搭配着抽象的电路图纹理，给人一种既专业又神秘的感觉。初捧此书，便被其散发出的厚重感所吸引，让人不禁对其中蕴含的知识充满了期待。翻开扉页，排版清晰，字体选择大气而不失细腻，阅读起来非常舒适。尤其是章节之间的过渡页设计，巧妙地运用了视觉引导，让读者在知识的海洋中穿梭时，不会感到迷茫。作者在内容组织上的逻辑性也值得称赞，从基础概念的阐述到复杂安全协议的深入剖析，层层递进，如同构建一座精密的知识殿堂，每块砖瓦都摆放得恰到好处。这种对细节的打磨，体现了编者对读者的尊重和对知识传播的严谨态度。虽然我尚未深入研读其技术细节，但仅从其外在呈现和结构布局来看，这绝对是一本值得细细品味的力作。它不仅仅是一本技术手册，更像是一件精心制作的艺术品，让人在学习之余，也能享受到阅读的愉悦。

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从跨学科融合的角度来看，这本书的处理方式也颇具启发性。在涉及加密学基础的部分，作者并未孤立地讨论算法本身，而是巧妙地将信息论和数论中的关键概念进行了提炼和引入，使得读者能够更深刻地理解为什么某些加密方法是“牢不可破”的。这种跨领域的知识迁移能力，使得本书的知识体系更为丰满和立体。此外，书中还涉及了法律法规和行业标准对安全实践的影响，这部分内容提升了本书的层次，使其不仅关注技术细节，还关注了技术应用背后的合规性与伦理考量。这种多维度的审视角度，让读者在掌握硬核技术的同时，也培养了构建整体安全架构的全局观。总而言之，它像是一份为未来安全架构师准备的全面性参考蓝图，兼顾了深度、广度、实践与前瞻性，让人在阅读过程中收获颇丰。

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我必须指出，本书在理论深度和广度上的覆盖面令人印象深刻。它似乎不仅仅停留在网络基础和常见漏洞的层面，而是将视角拉升到了更宏观的安全战略层面。我翻阅到关于身份验证机制演进的那一章节，作者清晰地梳理了从早期共享密钥到现代零信任架构的演变轨迹，这种历史性的梳理，让读者能够从更长远的角度去理解当前安全实践的合理性与局限性。更难能可贵的是，书中似乎还探讨了某些前沿的安全趋势和潜在的威胁模型，这些内容往往是其他同类书籍所忽略的“空白地带”。这表明作者具备敏锐的行业洞察力，能够预见未来的技术发展方向。对于希望构建全面、前瞻性安全知识体系的读者来说，这本书提供了一个非常坚实的理论基石。它强迫你去思考“为什么是这样”，而非仅仅满足于“它就是这样”的表象。

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