Visualization, Modeling, and Graphics for Engineering Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Delmar Cengage Learning

作者:Dennis Lieu

出品人:

页数:1088

译者:

出版时间:2008-02-15

价格:USD 150.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781401842499

丛书系列:

图书标签:

• 工程设计
• 可视化
• 建模
• 图形学
• 计算机辅助设计
• CAD
• 工程图学
• 数据可视化
• 科学计算
• 仿真

好的，这是一份关于一本名为《高级嵌入式系统设计与实现》的图书简介，旨在详细介绍该书内容，同时避免提及《Visualization, Modeling, and Graphics for Engineering Design》中的任何主题。 --- 《高级嵌入式系统设计与实现》图书简介 导言：面向未来的嵌入式计算 在当今技术飞速发展的时代，嵌入式系统已成为驱动物联网（IoT）、工业自动化、医疗设备和消费电子产品创新的核心动力。然而，设计和实现高性能、低功耗、高可靠性的现代嵌入式系统，要求工程师超越基础知识，掌握一系列复杂且相互关联的专业技能。本书《高级嵌入式系统设计与实现》正是为满足这一需求而编写的，它旨在为读者提供从硬件架构到操作系统、再到应用层开发的全面、深入且实用的指导。本书不仅关注“如何做”，更深入探讨“为何如此设计”的设计哲学和权衡考量。 第一部分：深度解析嵌入式硬件架构 本书的开篇部分将读者带入现代嵌入式处理器核心的内部世界。我们不再停留在对通用微控制器的基础介绍，而是聚焦于更复杂、更具挑战性的应用场景所需的架构。 1.1 现代处理器内核的深入剖析 我们将详细探讨基于ARM Cortex-A系列和更高性能内核（如用于实时系统的特定DSP/FPGA混合架构）的设计原理。内容涵盖指令集架构（ISA）的最新发展，特别是向量扩展（如NEON）在数据密集型任务中的优化应用。重点章节将分析乱序执行（Out-of-Order Execution）如何影响实时性，以及如何通过特定的编译器优化标志来管理这些复杂性。 1.2 内存系统与缓存一致性 现代嵌入式系统性能的瓶颈往往在于内存访问。本书对内存层次结构进行了细致的解构，包括L1、L2、L3缓存的设计、预取机制和虚拟内存管理单元（MMU）。特别地，针对多核系统，我们用大量篇幅讨论了缓存一致性协议（如MESI/MOESI）在确保数据正确性与系统性能之间的平衡。读者将学习如何通过编写具有良好局部性（Locality）的代码来最大化缓存命中率，从而显著提升应用响应速度。 1.3 低功耗设计与电源管理单元（PMU） 功耗管理是移动和边缘计算设备成功的关键。本部分深入研究了动态电压和频率调节（DVFS）技术，探讨了如何基于任务负载实时调整CPU频率和电压。此外，对电源管理单元（PMU）的细致讲解，包括睡眠模式、唤醒源管理以及功耗监控工具的使用，将帮助设计者构建真正意义上的绿色嵌入式产品。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与中间件的精髓 在功能日益复杂的嵌入式设备中，一个健壮、可预测的操作系统至关重要。本书侧重于硬实时和软实时系统的设计与实现。 2.1 实时内核调度与同步机制 我们将超越传统的抢占式调度，深入探讨速率单调（Rate Monotonic, RM）和最早截止时间优先（Earliest Deadline First, EDF）等实时调度算法的数学基础及其在实际内核（如FreeRTOS、Zephyr或QNX）中的实现细节。关键章节会阐述中断延迟、上下文切换开销的量化分析，以及如何利用硬件加速器来最小化关键路径的延迟。同步机制方面，我们将分析信号量、互斥锁（Mutex）和消息队列在避免死锁和活锁中的最佳实践。 2.2 进程间通信（IPC）与分布式任务管理 对于多核或异构系统，有效的进程间通信是实现高吞吐量的基础。本书详细比较了共享内存、消息传递和RPC（远程过程调用）在嵌入式环境中的适用场景。我们将重点介绍如何设计可靠的、异步的IPC机制，确保高优先级任务与低优先级任务之间的数据流不会相互阻塞或污染。 2.3 驱动开发与系统接口抽象 掌握设备驱动模型的原理是实现系统可移植性的核心。本部分讲解了如何使用标准化的驱动接口（如Linux的字符设备或平台驱动模型）来抽象底层硬件差异。我们会通过实际案例演示如何编写高效、安全的DMA（直接内存访问）驱动，以及如何与总线架构（如SPI, I2C, PCIe）进行交互，确保数据传输的原子性和完整性。 第三部分：系统级安全与可靠性工程 随着嵌入式系统广泛应用于关键基础设施，安全性和可靠性已成为不可妥协的要求。 3.1 嵌入式安全启动与信任根（RoT） 本章从硬件安全模块（HSM）的角度切入，详细描述了安全启动链的构建过程——从ROM代码到引导加载程序（Bootloader）的验证。我们将分析哈希校验、数字签名验证在确保固件完整性中的作用。读者将理解如何建立一个不可篡改的信任根，以抵抗恶意软件的初始注入。 3.2 运行时安全机制与沙箱技术 运行时保护是抵御攻击的关键。本书深入探讨了内存保护单元（MPU）和内存管理单元（MMU）在实现任务隔离和实现“最小权限原则”中的应用。我们会介绍如ARM TrustZone等硬件隔离技术，以及如何在用户空间实现轻量级的沙箱机制，限制非关键任务对敏感资源的访问。 3.3 容错设计与系统恢复策略 可靠性不仅关乎预防故障，更关乎如何优雅地从故障中恢复。本部分涵盖了错误检测与纠正（ECC）在内存系统中的应用，以及看门狗定时器（WDT）的精确配置。最后，我们将探讨原子性更新和A/B分区方案，以确保系统在固件升级失败或意外断电后仍能快速恢复到已知良好状态。 第四部分：高级调试、性能分析与工具链 高效的开发依赖于强大的调试和分析能力。本书将揭示专业工程师如何利用高级工具来诊断复杂问题。 4.1 硬件调试接口与JTAG/SWD的高级应用 我们将超越简单的断点设置，介绍如何利用JTAG/SWD接口的高级功能，如硬件观察点（Watchpoints）、跟踪缓冲区（Trace Buffers）和系统级事件记录。读者将学习如何配置CoreSight等复杂的调试架构来捕获多核系统中的瞬时错误。 4.2 性能分析与瓶颈识别 本书强调基于数据的性能优化。我们将介绍性能事件计数器（PMU Events）的使用，如何通过收集缓存未命中率、分支预测错误等硬件指标来精确定位性能瓶颈。结合系统级分析工具（如perf或专有分析器），读者将掌握从宏观到微观层面的系统行为分析方法。 4.3 构建可维护的交叉编译与持续集成环境 对于现代嵌入式项目，标准化的工具链和自动化流程至关重要。本书将指导读者如何构建健壮的Yocto或Buildroot环境，管理复杂的库依赖关系，并集成单元测试和静态分析工具到持续集成（CI）管道中，从而确保代码质量和发布的可重复性。 总结 《高级嵌入式系统设计与实现》不仅是一本技术参考手册，更是一本面向实践的设计指南。它旨在帮助读者构建出不仅能工作，而且是高效、安全、可维护的下一代嵌入式产品。通过对硬件架构、实时软件和系统级安全的全面覆盖，本书为希望在嵌入式领域取得突破的工程师和研究人员提供了必要的深度知识和实战技能。

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