嵌入式系统基础及应用

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作者:
出品人:
页数:287
译者:
出版时间:2009-8
价格:33.00元
装帧:
isbn号码:9787111279495
丛书系列:
图书标签:
  • 嵌入式系统
  • 单片机
  • C语言
  • 硬件设计
  • 软件开发
  • ARM
  • 物联网
  • 传感器
  • 应用开发
  • 实践教程
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具体描述

《嵌入式系统基础及应用》主要介绍了嵌入式系统领域研究和开发所涉及的基本知识,结合嵌入式系统理论和实践方面的最新进展,以嵌入式系统工程实践的基本理论和方法为主线,涵盖了嵌入式系统的主要方面,包括嵌入式系统概论,嵌入式处理器,ARM处理器及简单编程,嵌入式操作系统及主流嵌入式操作系统介绍与比较,嵌入式软件开发与设计以及嵌入式网络应用等。同时,《嵌入式系统基础及应用》还安排了丰富的实验内容与课后实践,使读者能够边学边用,更快更好地掌握所学知识。

《嵌入式系统基础及应用》语言通俗易懂,内容丰富,注重理解与实例,知识涵盖面广。不仅适用于普通高校的嵌入式系统课程教学,也适用于嵌入式系统爱好者阅读研究。

《现代嵌入式软件开发实战》 本书聚焦于当下嵌入式系统软件开发的前沿技术与实践,旨在为读者构建一套系统、深入的现代嵌入式软件工程师知识体系。内容紧密围绕嵌入式领域的最新发展趋势,摒弃了部分过于陈旧或理论化过重的概念,而将重心放在实际开发流程、工具链以及核心技术应用上。 核心内容概述: 1. 嵌入式系统软件架构设计与分析: RTOS(实时操作系统)的深入剖析与选型: 本章将详细讲解 FreeRTOS, Zephyr OS 等主流 RTOS 的内核机制,包括任务调度(优先级、时间片、多核同步)、内存管理(静态分配、动态分配、内存池)、IPC(进程间通信,如消息队列、信号量、互斥锁)的实现原理及性能优化。同时,会提供一套基于项目需求的 RTOS 选型指南,帮助读者根据应用场景选择最合适的操作系统。 模块化与分层设计: 介绍如何通过HAL(硬件抽象层)、驱动层、中间件层、应用层等分层思想,构建可维护、可扩展的嵌入式软件系统。重点讲解各层之间的接口定义、数据流转以及如何有效地隔离硬件差异。 面向对象与函数式编程在嵌入式中的应用: 探讨 C++ 和 Rust 等语言在嵌入式开发中的优势,如何利用面向对象特性实现代码复用与封装,以及函数式编程思想如何提升代码的简洁性和健壮性。 2. 嵌入式通信协议与网络应用: TCP/IP协议栈的原理与嵌入式实现: 详细解析 TCP/IP 协议族的工作流程,重点讲解 Socket 编程、HTTP/HTTPS、MQTT 等在嵌入式设备中的应用。通过实例演示如何构建网络通信模块,实现设备间的远程控制与数据交互。 低功耗无线通信技术: 深入讲解 Bluetooth Low Energy (BLE) 的 GATT 协议、GAP 协议,Zigbee 的网络拓扑、消息传输机制,以及 LoRaWAN 的 MAC 层协议和网络架构。分析这些协议在物联网设备中的通信场景和功耗优化策略。 CAN/LIN 总线通信: 针对汽车电子等领域,详述 CAN 总线协议的帧格式、错误处理机制,以及 LIN 总线的主从通信方式。通过实例展示如何进行 CAN/LIN 驱动开发与通信协议栈的集成。 3. 嵌入式硬件接口编程与驱动开发: GPIO, UART, SPI, I2C 接口编程: 详细讲解这些通用串行/并行接口的硬件原理、寄存器配置以及在不同微控制器上的驱动开发技巧。提供代码示例,演示如何高效地读写和控制外围设备。 ADC/DAC 与 PWM 控制: 深入剖析模数转换(ADC)和数模转换(DAC)的原理、采样率、分辨率等关键参数。讲解 PWM(脉冲宽度调制)的生成原理、占空比控制及其在电机驱动、LED 亮度调节等方面的应用。 USB、SDIO 接口开发: 讲解 USB 设备端(Device)和主机端(Host)的协议细节,以及 SDIO 接口在存储扩展和高速数据传输中的应用。包含相关的驱动程序编写和协议栈移植。 4. 嵌入式系统调试与性能优化: JTAG/SWD 调试技术: 详细介绍 JTAG 和 SWD 接口的工作原理,以及如何使用 GDB、OpenOCD、Segger J-Link 等工具进行高效的硬件调试,包括断点设置、单步执行、内存查看、寄存器监控等。 日志系统设计与应用: 探讨嵌入式系统中的日志记录策略,包括日志级别、格式化、输出方式(UART, 文件, 网络)以及如何构建一个轻量级、高效的日志库。 性能分析与优化: 介绍性能分析工具(如 GCC Profiler)的使用,如何识别代码中的性能瓶颈,并提供优化策略,如算法优化、数据结构选择、指令集利用、内存访问优化等。 内存管理与故障排查: 讲解嵌入式系统中常见的内存问题,如内存泄漏、野指针、栈溢出,并提供定位和解决这些问题的实用方法。 5. 现代嵌入式开发工具链与 DevOps: 交叉编译工具链的构建与使用: 介绍 GCC/Clang 交叉编译器的安装、配置及使用技巧,包括 CMake、Make 等构建系统的应用,以及如何管理依赖库。 版本控制系统(Git)在嵌入式开发中的最佳实践: 讲解 Git 的基本操作、分支管理、合并冲突解决,以及如何与 GitLab/GitHub 等平台结合,实现团队协作和代码管理。 CI/CD(持续集成/持续部署)在嵌入式领域的落地: 探讨 Jenkins, GitLab CI 等 CI/CD 工具如何自动化构建、测试和部署嵌入式软件,提高开发效率和产品质量。 本书通过大量的实际代码示例、图表分析和案例研究,力求将复杂的嵌入式系统软件开发过程条理化、易于理解。读者在阅读本书后,能够掌握现代嵌入式软件开发的核心技能,应对各种复杂的项目挑战,并具备独立开发和优化嵌入式系统的能力。本书适合具备一定 C 语言基础,并对嵌入式系统开发充满兴趣的工程师、学生以及项目管理者。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的实战性绝对是其最大的亮点之一,完全不是那种只停留在纸上谈兵的“空中楼阁”。作者似乎深谙工程师在项目攻坚阶段的痛点,在涉及具体应用模块的章节中,处处体现出老道的工程经验。我尤其欣赏它在软件架构设计上的讲解,它没有强推某一种特定的RTOS,而是循序渐进地引导读者理解实时操作系统的调度机制、任务间通信(IPC)的各种方法及其适用场景。在介绍设备驱动开发时,作者展示了如何编写健壮、可移植性强的驱动代码,而不是简单的“驱动贴士”集合。比如,针对复杂的传感器数据采集,书中不仅演示了如何通过DMA提高数据吞吐率,还详细讨论了如何处理中断延迟和数据同步问题,这些都是实际工作中经常遇到的“拦路虎”。此外,书中对于调试技巧的介绍也非常到位,它没有回避嵌入式开发中最令人头疼的Bug定位问题,而是系统性地介绍了使用逻辑分析仪、示波器以及软件断点进行有效调试的方法论。读完这些章节,我感觉自己不再是那个对着屏幕上的错误代码束手无策的新手,而是有了一套清晰的思路和工具去面对和解决实际的软硬件交互难题。

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从排版和阅读体验的角度来看,这本书也体现了极高的专业水准,这对于一本技术书籍来说同样重要。图文的结合运用得恰到好处,很多复杂的硬件结构和数据流向,如果仅仅依靠文字描述,读者很容易产生认知负荷,但这本书中的大量流程图、时序图和电路框图,精确地捕捉了那些难以言喻的动态过程。特别是涉及到FPGA逻辑或复杂状态机描述时,作者采用的图形化表达方式,往往能起到事半功倍的效果,让原本晦涩的描述瞬间变得清晰明了。此外,书中引用的代码片段都经过了精心的格式化处理,变量命名规范、注释详尽且不冗余,这为读者在自己动手实践时提供了极佳的参考范本。我发现自己很少需要跳出书本去搜索额外的示意图或示例代码,因为书中提供的资源已经足够丰富和精确。这种对细节的关注,体现了作者对读者的尊重,保证了阅读过程的流畅性和学习效率,避免了被低质量的图表或混乱的代码打断学习节奏的挫败感。

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让我眼前一亮的是,这本书在章节的组织和内容的递进逻辑上处理得非常高明,它成功地在“基础”与“应用”之间架起了一座平滑的桥梁,而不是简单地将它们割裂开来。初学者可能对硬件抽象层(HAL)的概念感到困惑,但这本书通过一个贯穿始终的案例项目——可能是某个小型的物联网设备控制系统——来串联起整个知识体系。从最初的裸机初始化,到逐步引入中间件,再到最终的网络通信和云端对接,读者可以清晰地看到一个系统是如何从零开始被构建起来的。这种“项目驱动式”的学习路径极大地增强了学习的连贯性和目的性。更值得称赞的是,书中对不同层次的抽象进行了明确的区分和解释。例如,它清晰地阐述了固件层、驱动层和应用层的职责边界,这对于培养工程师的系统化思维至关重要。许多教材在这方面描述得模糊不清,导致读者学完后依然无法在多层级的代码中清晰定位问题。这本书则像一位经验丰富的导师,明确告诉你:“在这里,我们关注的是时序;在下一层,我们关注的是资源管理。”这种层次分明的讲解,让知识点不再是孤立的碎片,而是有机结合的整体。

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这本书最大的价值,也许在于它对“现代嵌入式开发范式”的深入探讨,而不仅仅是停留在讲解旧有技术的层面。它并没有固守于传统的微控制器范畴,而是将视野拓展到了更广阔的领域,例如对安全启动(Secure Boot)的基本流程的介绍,以及在资源受限环境中实现轻量级加密算法的思路。虽然这些内容可能不是初学者的主要目标,但它们为有志于从事前沿嵌入式产品开发的读者指明了方向。书中对功耗管理和低功耗设计策略的分析也相当深入,这在物联网和移动设备领域是至关重要的考量因素,作者不仅罗列了各种睡眠模式,还探讨了如何通过软件算法优化来延长设备续航时间,这远超出了基础教程的范畴。总而言之,这本书并非一本简单介绍“如何使用某个单片机”的手册,而是一部关于如何“进行一个完整的、面向产品的嵌入式系统设计”的综合指南,它不仅教会了读者工具的使用,更重要的是,它培养了工程师应有的系统性思维和前瞻性视野,是值得反复研读的案头必备资料。

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拿到这本《嵌入式系统基础及应用》时,我本以为它会像其他市面上那些泛泛而谈的教材一样,只是简单罗列一下各种处理器架构和外设接口的理论知识。然而,这本书的深度和广度远远超出了我的预期。首先,它在基础理论的讲解上就显得尤为扎实,并没有急于求成地跳到复杂的应用层面,而是花了大量的篇幅去剖析微控制器的工作原理,特别是针对那些被初学者经常忽略的底层细节,比如中断向量表的管理、时钟树的配置逻辑,以及内存映射的精妙设计。作者在阐述这些概念时,往往会结合具体的硬件实例进行深入分析,使得原本抽象的理论知识变得生动而易于理解。比如,在讲解定时器和PWM输出时,书中不仅仅给出了寄存器操作的示例代码,更是详细分析了不同工作模式下,硬件是如何实现精确时间控制的,这对于需要进行实时控制的读者来说,简直是宝贵的财富。更让我印象深刻的是,书中对不同类型总线协议(如SPI、I2C)的描述,不仅停留在协议规范层面,还探讨了在实际工程中如何处理信号完整性、电平转换等实际问题,这极大地拓宽了我对系统集成的理解,让我明白理论与实践之间需要弥补的鸿沟。这本书真正做到了“打地基”,为后续学习更高级的嵌入式技术奠定了坚实的基础。

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TP311.1 100 2009 基于Linux 基础

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