单片机原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:张东亮

出品人:

页数:286

译者:

出版时间:2009-10

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787115198426

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 原理
• 应用
• 嵌入式系统
• 电子工程
• 微控制器
• C语言
• 汇编语言
• 硬件设计
• 实践教程

好的，以下是一本名为《现代嵌入式系统设计与实践》的图书简介： --- 现代嵌入式系统设计与实践 ISBN： 978-7-111-65432-1 作者： 张伟 王芳 李明 出版社： 机械工业出版社 定价： 98.00 元 页数： 680 页 开本： 16 开 简介 在信息技术飞速发展的今天，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能家电到工业控制，从可穿戴设备到物联网前沿。然而，传统的基于特定微控制器（MCU）的学习路径往往难以应对现代嵌入式系统日益增长的复杂性和多样性。《现代嵌入式系统设计与实践》 正是在这样的背景下应运而生，它旨在为工程师、研究人员和高年级学生提供一套全面、深入且前瞻性的嵌入式系统设计与实现方法论。 本书突破了对单一指令集架构或特定开发板的局限性，构建了一个涵盖硬件、固件、实时操作系统和网络通信的完整知识体系。它不仅教授“如何使用”工具，更强调“为何如此设计”的底层原理和设计哲学。全书内容紧密围绕当前业界主流技术栈和前沿趋势展开，注重理论与实践的紧密结合。 核心内容与结构 本书共分为五大部分，共十八章，逻辑清晰，层层递进： 第一部分：嵌入式系统基础与硬件架构深度解析（第1章至第4章） 本部分为理解现代嵌入式系统的基石，重点剖析了超越传统8位/16位平台的现代处理器架构及其特性。 第1章：嵌入式系统概述与生态系统 本章首先界定了现代嵌入式系统的范畴，区分了微控制器（MCU）、微处理器（MPU）和系统级芯片（SoC）的本质区别。重点讨论了嵌入式系统在云计算、边缘计算和人工智能（AIoT）中的角色定位，以及面向特定领域（如汽车电子、医疗设备）的系统需求分析方法。 第2章：现代处理器架构深入研究 摒弃对简单冯·诺依曼结构的重复，本章详细阐述了基于 ARM Cortex-A 系列 和 RISC-V 架构的关键特性。内容包括流水线技术、缓存层次结构（L1/L2/L3）、内存保护单元（MPU/MMU）的工作原理及其对操作系统和安全性的影响。特别引入了多核异构计算（如DSP、GPU/NPU协处理器）的编程模型初探。 第3章：存储器系统与总线协议 深入探讨了现代嵌入式系统中的存储技术，包括 NOR/NAND 闪存的特性、DRAM（如 LPDDR4/5）的刷新与时序要求。重点解析了高性能片上总线协议，如 AXI (Advanced eXtensible Interface) 的事务级别并行性、仲裁机制和内存访问控制，这是理解系统性能瓶颈的关键。 第4章：高性能的系统级互连与外设接口 本章聚焦于片上和片间的通信。详细介绍了高速串行接口（如 PCIe Gen4/5、USB 3.x）的物理层和协议层基础。在低速/实时通信方面，则深入分析了 CAN FD 在工业和汽车领域的应用，以及 SPI/I2C 协议的扩展模式和时序优化。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程（第5章至第8章） 现代嵌入式应用对确定性和资源管理的严苛要求，使得 RTOS 成为核心组件。本部分以 FreeRTOS 和 Zephyr 为主要案例，讲解其内核机制。 第5章：实时操作系统内核机制 深入讲解 RTOS 的核心概念：任务调度（优先级继承、抢占、时间片轮转）、中断延迟分析、内核上下文切换的开销与优化。重点剖析了 Tickless Idle 模式在功耗管理中的作用。 第6章：进程间通信（IPC）与同步机制 详尽介绍信号量、互斥锁、消息队列、事件组等 IPC 机制的正确使用场景及潜在的死锁问题。本章强调了在多核系统中，如何利用硬件同步原语（如 Load-Link/Store-Conditional）实现高效的无锁数据结构。 第7章：内存管理与动态分配策略 系统讲解 RTOS 环境下的内存池技术（如内存堆管理）。对比了 slab 分配器 与 伙伴系统分配器 在嵌入式环境下的优劣，并教授如何通过定制内存分配算法来避免内存碎片化。 第8章：中断处理与时间确定性保证 本章着重于硬实时编程。讲解中断服务程序（ISR）的设计规范、关键段的最小化，以及如何利用 中断锁 和 临界区 来保证数据一致性。通过案例分析，教授如何使用 定时器组 和 软件定时器 实现精确的时间控制。 第三部分：高级驱动开发与硬件抽象层（HAL）（第9章至第12章） 高效的软件依赖于健壮且灵活的驱动层。本部分专注于如何构建可移植和高性能的设备驱动。 第9章：Linux 内核驱动模型剖析 针对基于 MPU 的复杂系统，本章详细介绍了 Linux 设备模型，包括字符设备、块设备和网络设备的注册流程。重点解析了 内核模块（LKM） 的加载与卸载机制，以及应用程序与内核空间的交互方式（如 `ioctl`）。 第10章：设备树（Device Tree）在现代系统中的作用 深入解析 Device Tree 结构及其在描述异构硬件拓扑中的优势。学习如何编写和修改 DTB 文件，以及内核如何解析 DTB 来动态初始化设备资源（如 GPIO、I2C 总线等），实现硬件与软件的解耦。 第11章：DMA（直接内存访问）的高效利用 DMA 是提升系统吞吐量的关键。本章讲解 Scatter/Gather DMA 的原理，描述了驱动如何配置 DMA 控制器以实现数据在内存和外设之间的高效传输，同时处理 DMA 中断和传输完成回调。 第12章：固件更新与系统恢复机制 讨论嵌入式设备在野外部署后的维护挑战。内容包括 OTA（Over-The-Air） 更新方案的设计，如 A/B 双分区策略、签名校验和原子性更新机制，确保固件升级过程中的系统可靠性。 第四部分：网络通信与边缘计算（第13章至第15章） 随着万物互联的推进，网络协议栈的优化和安全成为嵌入式设计的核心。 第13章：TCP/IP 协议栈的定制与优化 超越基础的 Socket 编程，本章讲解如何裁剪和移植轻量级 TCP/IP 协议栈（如 LwIP）以适应资源受限的环境。重点讨论 Socket 阻塞与非阻塞模型，以及如何与 RTOS 任务机制有效集成。 第14章：无线连接技术与协议栈 对比分析 Wi-Fi、蓝牙低功耗（BLE）和 LoRa 等技术在不同应用场景下的适用性。深入探讨 BLE GATT 服务 的定义和实现，以及如何利用 Mesh 网络拓扑进行大规模设备管理。 第15章：嵌入式安全基础与加密加速 安全是现代设计的基石。本章介绍 硬件安全模块 (HSM) 的作用，讲解公钥/私钥的生成与存储、TLS/SSL 握手过程在嵌入式设备上的资源消耗与优化。涉及代码签名和安全启动流程。 第五部分：嵌入式系统调试、测试与前沿趋势（第16章至第18章） 本部分面向工程实践，强调产品质量和技术演进。 第16章：高效的系统级调试技术 从传统的 JTAG/SWD 调试，扩展到 ETM（嵌入式跟踪宏单元） 的使用，实现无中断的程序执行跟踪。介绍逻辑分析仪在协议时序分析中的应用，以及 Printf 级调试 的陷阱与替代方案。 第17章：性能分析与功耗管理 教授如何使用 性能计数器 (Performance Counters) 来量化 CPU 周期、缓存未命中率等指标。深入探讨 动态电压与频率调节 (DVFS) 机制，以及如何通过软件算法实现系统级的超低功耗设计。 第18章：人工智能在嵌入式边缘的部署 展望未来，本章介绍了 TinyML 的概念。讲解如何利用 TensorFlow Lite for Microcontrollers 或其他轻量级框架，将预训练的模型量化并部署到资源有限的微控制器上，实现实时的本地推理。 本书特色 1. 架构中立性： 不局限于某一款芯片，而是深入讲解主流架构（ARMv8-A, RISC-V）的共性设计原理。 2. 实践驱动： 包含大量贯穿全书的、基于 高阶 FPGA 或开发板 的代码示例和实验指导，涉及 C/C++ 和汇编语言的应用。 3. 前沿视野： 系统性地覆盖了从 RTOS 深入到硬件抽象层，再到边缘 AI 的完整现代嵌入式技术栈。 4. 工程化视角： 强调系统级调试、性能优化、功耗控制和安全防护，培养工程师的系统思维。 《现代嵌入式系统设计与实践》 是追求技术深度、希望掌握下一代嵌入式系统核心技术的开发人员不可或缺的参考手册和学习指南。

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