C语言程序设计上机指导与同步训练 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:296

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出版时间:2010-2

价格:30.00元

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isbn号码:9787301168783

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• C语言
• 程序设计
• 上机指导
• 同步训练
• 教材
• 教学
• 编程入门
• 练习题
• 计算机基础
• 高等教育

好的，这是一份针对一本假设的、不包含《C语言程序设计上机指导与同步训练》内容的图书简介。我们将聚焦于一个不同的、但同样具有技术深度的编程主题，例如“高级嵌入式系统中的实时操作系统设计与实践”。 《实时之舞：基于FreeRTOS与RISC-V的深度嵌入式系统架构设计》 专为追求极致性能与可靠性的嵌入式工程师和高级计算机科学学生打造的权威指南 【本书定位与核心价值】 在物联网（IoT）、工业自动化、航空航天等对时间敏感和资源受限的领域，传统的裸机编程或简单的实时内核已无法满足日益复杂的需求。本书并非面向C语言基础学习，而是直接切入嵌入式系统设计的核心战场——实时操作系统的深度裁剪、移植、优化与复杂应用构建。我们聚焦于当前业界最前沿的RISC-V架构，结合最广泛使用的轻量级实时内核FreeRTOS，为读者提供一套从硬件抽象层（HAL）到上层应用逻辑的完整、可复用的工程化解决方案。 本书的价值在于“深度”与“实践”。我们不满足于介绍API调用，而是深入剖析内核调度算法、中断处理机制、内存管理策略在特定硬件平台上的实际表现与优化潜力。目标是让读者能够独立承担起设计、调试和优化下一代嵌入式实时系统的关键角色。 【内容结构与深度解析】 本书共分为五大部分，共计二十章，内容严谨、案例详实： 第一部分：现代嵌入式系统基石与RISC-V生态构建（第1章 - 第4章） 本部分奠定坚实的理论与环境基础。 1. 嵌入式实时性的理论基石： 深入探讨硬实时与软实时的区别，分析周期的不确定性（Jitter）的来源。详细解析固定优先级抢占式调度、时间片轮转调度、以及最早截止时间优先（EDF）算法的理论模型与在嵌入式环境下的适用性权衡。 2. RISC-V架构下的特权级与中断模型： 详述RISC-V（RV32IMC/RV64GC）的Machine Mode (M), Supervisor Mode (S), User Mode (U) 的职责划分。重点讲解PLIC（平台级中断控制器）和CLINT（核心本地中断器）的工作原理，以及如何安全地从M态切换到U态执行高优先级任务。 3. 工具链与交叉编译环境搭建： 针对特定RISC-V目标芯片（如SiFive/StarFive系列或国产SoC），构建稳定、可复现的GCC/LLVM交叉编译环境。涵盖Linker Script的定制，用于实现代码和数据的精确内存布局，这是实现高效启动和内存保护的第一步。 4. 硬件抽象层（HAL）的黄金标准设计： 讲解如何设计一套与特定微控制器（MCU）寄存器集成的、但对上层内核透明的HAL。涵盖GPIO、定时器（Timer/Watchdog）以及高速串行通信模块（UART/SPI）的初始化与异步操作封装。 第二部分：FreeRTOS内核的极致剖析与定制（第5章 - 第8章） 本部分是本书的核心，旨在解构FreeRTOS的内部机制，并指导读者进行定制化修改。 5. 任务管理与上下文切换的汇编实现： 详细分析RISC-V特有的上下文保存与恢复过程。通过汇编级代码分析，展示Save Context/Restore Context宏的实现细节，解释哪些寄存器必须入栈，以及中断返回时PC指针的恢复机制。 6. 内核调度器的深入优化： 不仅是使用`vTaskStartScheduler()`，而是分析就绪列表（Ready List）的数据结构（链表或位图），并演示如何为特定应用场景（如周期性任务组）修改优先级继承协议（PIP）或优先级天花板协议（PCP）的实现，以解决优先级反转问题。 7. 内存分配策略的性能瓶颈分析： 对比FreeRTOS提供的`heap_1`到`heap_5`的不同内存池管理方案。重点分析`heap_4`的内存碎片化问题，并提供基于内存池（Memory Pool）和固定大小块分配器的自定义模块设计，以消除动态内存分配带来的抖动（Jitter）。 8. 软件定时器与时钟节拍的精确同步： 探讨软件定时器（Software Timer）的实现原理，以及如何通过配置内核时钟节拍（Tick）频率，来平衡系统的功耗与时间精度。教授如何利用硬件的低精度定时器，实现高精度的非节拍任务触发。 第三部分：高级同步机制与数据流通（第9章 - 第12章） 实时系统中，安全、高效地共享数据和同步事件是关键挑战。 9. 信号量、互斥锁与事件组的实战应用： 细致区分互斥量（Mutex）和二值信号量（Binary Semaphore）在所有权继承上的差异。展示如何利用事件组（Event Groups）实现多任务对单一事件流的解耦处理。 10. 队列通信（Queue）的背压与流量控制： 深入研究队列的阻塞机制。通过实例演示如何利用阻塞超时（Block Time）实现生产者与消费者之间的流量控制（Back Pressure），避免内存溢出或数据丢失。 11. 中断服务程序（ISR）与内核交互的安全模式： 强调ISR必须保持短暂。教授如何使用“从ISR调用”的API（如`xQueueSendFromISR`），并设计高效的“Deferred Interrupt Processing”机制，即将复杂处理推迟到高优先级任务中执行。 12. 任务间消息传递：Stream Buffer与Message Buffer： 介绍FreeRTOS 2.0版本引入的高效缓冲结构，对比传统队列的效率。重点演示Stream Buffer在处理连续数据流（如网络数据包或传感器数据包）时，如何实现零拷贝（Zero-Copy）的潜在优化路径。 第四部分：网络栈集成与功耗管理（第13章 - 第16章） 构建能够连接世界的、同时兼顾能效的实时应用。 13. 轻量级TCP/IP协议栈移植与优化（LwIP集成）： 介绍如何将LwIP移植到FreeRTOS上，重点解决其RAW API与NetConn API在多线程环境下的同步问题。指导读者如何为LwIP的内部数据结构（如`pbuf`）设计专用的FreeRTOS内存池，以避免系统级的堆内存抖动。 14. CAN总线通信的实时性保证： 以CAN总线为例，展示如何处理高频、低延迟的消息。设计一个专用的CAN接收任务，并利用高优先级信号量快速通知应用层处理，确保消息不因应用层处理延迟而被硬件FIFO覆盖。 15. 低功耗模式的精细控制： 讲解如何将FreeRTOS Tickless Idle Mode与RISC-V的WaitI/WaitForInterrupt指令结合。根据系统中所有任务的下一截止时间（Next Deadline），精确计算休眠时间，最大化进入深度睡眠状态，并处理唤醒时的系统恢复。 16. 看门狗与系统恢复策略： 设计一个多层级的看门狗（WDT）系统。底层由硬件WDT保证系统不僵死；上层由一个高优先级“心跳任务”定时喂狗，若心跳任务因优先级反转被阻塞，则触发系统复位或状态回滚。 第五部分：调试、测试与高可靠性设计（第17章 - 第20章） 确保代码在苛刻环境下稳定运行。 17. 实时系统调试：JTAG/SWD与Trace的艺术： 介绍使用OpenOCD结合GDB进行实时调试。重点讲解如何利用RISC-V的ETM（嵌入式跟踪宏单元）或类似功能，捕获上下文切换点和中断延迟，而非仅仅停在断点上。 18. 静态与动态分析工具链：MISRA-C与Coverity实践： 强调在嵌入式领域对代码规范的遵守。指导读者配置静态分析工具链，自动检查不符合MISRA C:2012规则的代码，特别是指针操作和位域的使用。 19. 基于模型的（Model-Based）单元测试框架： 介绍如何使用Google Test或Ceptest等轻量级框架，为HAL层和内核驱动编写隔离的测试用例，模拟硬件中断并验证同步原语的正确性。 20. 系统级鲁棒性与故障注入测试： 教授构建一个“混沌工程”测试台。通过随机延迟任务执行、随机丢弃消息包、或手动触发错误条件，来验证系统的自恢复能力和日志记录的完整性。 【目标读者】 具备C语言基础，希望深入理解操作系统内核原理的计算机专业高年级学生或研究生。 负责工业控制、医疗设备、汽车电子等领域实时软件开发的嵌入式软件工程师。 希望将现有FreeRTOS项目迁移至RISC-V平台，并进行性能优化的资深开发者。 《实时之舞》将带您超越API的表面，真正掌握下一代嵌入式系统的“心跳”与“脉搏”。

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这本书的结构安排非常具有匠心，它成功地在“指导”和“训练”之间找到了完美的平衡点。以往我读的教材往往是知识点的堆砌，学完一章，自己也说不清到底掌握了什么。而这本训练册的每一单元，都是以一个明确的实践目标为导向。比如，在讲解了循环结构后，紧接着就会有一个要求你用循环来模拟某个物理过程的训练项目。这种即学即用的模式，极大地强化了我的短期记忆，并促进了知识向技能的转化。此外，书中的难度梯度设计得非常人性化，它从最基本的输入输出和变量操作开始，稳步过渡到结构体、链表等稍微复杂的概念。即便是在处理复杂算法和数据结构部分，它也始终保持着对初学者的友好性，提供了足够的辅助性代码片段，让读者能够专注于理解核心思想，而不是被繁琐的语法细节困住。这本书给我的感觉是，它不是在“教”你C语言，而是在“带”你完成一次完整的C语言项目实战之旅。

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坦白说，市面上很多编程指导书都存在一个问题：要么过于理论化，要么就是代码示例老旧且缺乏上下文。这本《C语言程序设计上机指导与同步训练》显然是经过了仔细的打磨。它的排版清晰，代码块的格式统一规范，非常适合边看边敲。我最赞赏的是它对实验环境配置和调试技巧的介绍，这些“边角料”信息在自学过程中常常是最大的绊脚石。书中对常见IDE（集成开发环境）的使用技巧、调试器的断点设置和变量监视等操作的讲解，都极为细致到位。这确保了读者能够顺利地将书本知识转化为可运行的程序，减少了大量因环境配置或调试失误而产生的挫败感。这种对读者学习过程细致入微的关怀，使得学习曲线变得平滑许多。它不仅教会我C语言的语法，更重要的是，它传授了一套完整的“程序员工作流程”，这对于初学者来说，价值千金。

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我拿到这本书时，其实已经学过一些基础的C语言语法，但总感觉代码写起来很别扭，总是在寻找某个函数的用法或者忘记了指针的复杂规则。这本书对我而言，就像是一次系统性的“内功心法”重塑。它的章节编排逻辑性非常强，特别是关于数据结构和算法初步的介绍，它没有直接堆砌复杂的理论模型，而是通过具体的编程任务来引导你理解它们在实际应用中的作用。我尤其欣赏它在内存管理和文件操作这两个C语言的“硬骨头”上所花费的篇幅。它用非常直观的图示和代码段来解释指针运算和内存分配的底层逻辑，这让我对C语言的执行效率和底层机制有了更深刻的认识。读完涉及指针的那几章后，我再去看以前的代码，突然间就清晰了很多，不再是那种模模糊糊地知道怎么用，而是真正理解了为什么这么用。这本书更像是一本实战手册，很多在其他教材中被一笔带过的细节，它都进行了深入的探讨和上机验证，这对巩固知识、避免未来出现难以调试的“幽灵Bug”至关重要。

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作为一名非计算机专业的学生，我面对C语言编程时，最大的障碍就是如何将抽象的数学或逻辑思维转化为可执行的代码。这本书的“同步训练”部分，真正体现了它的价值所在。它不只是提供一堆练习题让你去猜答案，而是精心设计了一系列与日常生活或工程应用场景相关的题目。比如，处理学生成绩的排序与统计、简单的文本数据分析等，这些都让我觉得编程不再是冷冰冰的机器指令，而是解决实际问题的有力工具。书中的每一道例题都配有详尽的解题思路和规范的代码实现，更重要的是，它会解释为什么选择这种算法或数据结构，而不是其他方案。这种“为什么”的解释，远比单纯的“怎么做”更有启发性。阅读和实践这本书的过程，更像是一场“编程思维”的训练营，它教会我如何结构化地思考问题，并将复杂问题拆解成可管理的小模块，这对我后续学习其他更高级的语言和技术都打下了坚实的基础。

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这本《C语言程序设计上机指导与同步训练》简直是为我这种初学者量身定做的宝典！我一直对编程充满好奇，但每次打开那些厚重的理论书籍，都会被密密麻麻的公式和概念搞得晕头转向。这本书最打动我的地方在于它那种“手把手”的教学方式。它不是那种高高在上、只讲理论的教材，而是更像一位耐心的导师，带着你一步步地敲代码，解决实际问题。书中的每一个章节都紧密围绕着上机实践展开，理论知识的讲解简洁明了，直接切入重点，然后紧接着就是大量的实战案例。我特别喜欢它对那些常见编程陷阱的分析，很多时候我遇到编译错误或者程序逻辑不通的问题，翻开这本书，总能找到相似的例子和详细的排错步骤，这极大地提升了我的编程信心。那种“豁然开朗”的感觉，是看纯理论书体会不到的。这本书的同步训练部分设计得非常巧妙，难度递增，让人感觉每完成一个小练习，自己的能力都在稳步提升，而不是原地踏步。对于那些想要真正动手学会C语言，而不是停留在纸上谈兵的朋友来说，这本书的实战价值是无可替代的。

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