嵌入式系统原理与设计

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页数:305
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出版时间:2010-5
价格:35.00元
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isbn号码:9787118067897
丛书系列:
图书标签:
  • 嵌入式系统
  • 单片机
  • ARM
  • 原理与设计
  • 硬件
  • 软件
  • C语言
  • 实时操作系统
  • 嵌入式开发
  • 电子工程
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具体描述

《嵌入式系统原理与设计》系统深入地介绍了嵌入式系统原理与设计方面的知识。从嵌入式系统概念、应用领域、设计开发流程和发展趋势等基础知识出发,以ARM处理器为例,介绍了嵌入式处理器的知识及使用;以几种通用的嵌入式操作系统为例,着重介绍了嵌入式操作系统的基本知识;并根据在嵌入式硬件及软件设计方面的实际经验,图文并茂地介绍了嵌入式应用程序设计。

《嵌入式系统原理与设计》可以作为高等学校电工电子、自动化、计算机技术应用等类工科专业本科生、研究生教材或参考书,也可以作为相关专业工程技术人员的技术参考书。

软件工程方法论与实践 导论:软件开发范式的演进与现代挑战 本书深入探讨了现代软件工程的核心原理、方法论及其在复杂系统开发中的具体实践。在当前信息技术飞速发展的时代,软件已成为驱动社会进步和产业变革的核心动力。然而,软件的复杂性、需求的易变性以及对质量的严苛要求,使得传统的设计与实现模式面临严峻的挑战。本书旨在为读者构建一个全面的知识框架,理解如何系统化地、高效地、高质量地交付满足用户需求的软件产品。 第一部分将追溯软件工程的发展历程,从早期的瀑布模型到敏捷宣言的诞生,详细分析每种范式背后的哲学思想、适用场景及局限性。我们将重点讨论“软件危机”的根源,并阐述结构化分析与设计(SA/SD)方法如何试图解决早期工程化不足的问题。随后,对象/组件化思想的兴起,特别是面向对象方法(OOM)如何通过封装、继承和多态重塑代码组织方式,成为主流范式。 第一章:需求工程:构建正确的产品 需求是软件的起点和基石。本章聚焦于需求工程的全过程,强调“做正确的事”比“把事情做正确”更为关键。 1. 需求获取与分析:详述利益相关者分析、访谈技术、观察法、原型法等多种需求获取技术。重点剖析需求冲突的识别与管理,以及如何将模糊的业务目标转化为清晰、无歧义的功能性需求和非功能性需求(如性能、安全性、可用性)。 2. 需求规格说明(SRS):深入探讨有效SRS文档的结构和内容。我们将分析IEEE 830等标准对规格说明的要求,强调可追溯性、可测试性和完备性的重要性。非功能性需求的量化与建模是本章的难点,例如如何定义具体的响应时间阈值而非笼统地描述“系统应该很快”。 3. 需求管理与变更控制:软件需求是动态变化的。本章讨论需求基线的建立、影响分析(Impact Analysis)技术,以及如何使用需求管理工具维护需求版本控制和变更历史记录,确保开发过程始终与最新、最准确的需求保持同步。 第二章:软件设计:架构与蓝图的构建 设计是将需求转化为可实现蓝图的过程。本章侧重于宏观架构设计和微观详细设计。 1. 软件架构风格:详细介绍主流的架构风格,包括分层架构(Layered Architecture)、管道-过滤器架构(Pipes and Filters)、微服务架构(Microservices)及其演进。对每种风格的适用性、优点(如可扩展性、可维护性)和缺点进行深入的对比分析。 2. 架构描述语言(ADL):探讨如何使用标准化的语言和视图来描述复杂系统的结构,如4+1视图模型,确保架构师与开发团队对系统结构有共同的理解。 3. 面向对象设计原则与模式:深化SOLID原则(单一职责、开放封闭、里氏替换、接口隔离、依赖倒置)在实际代码中的应用。通过大量实例讲解GoF设计模式(如工厂、策略、观察者、装饰器)如何解决特定设计问题,实现灵活、可扩展的代码结构。 4. 领域驱动设计(DDD):对于复杂业务系统,DDD提供了强大的建模工具。本章介绍限界上下文(Bounded Context)、实体、值对象、聚合根和领域事件的概念,指导读者如何将业务逻辑准确地映射到软件模型中。 第三章:软件构建与实现 本章关注如何将设计转化为高质量、可维护的代码。 1. 编码标准与风格:强调编码一致性对团队协作和后期维护的重要性。讨论代码复杂度度量(如圈复杂度)及其对可读性的影响。 2. 版本控制系统:侧重于Git等分布式版本控制系统的分支策略(如Git Flow、Trunk-Based Development)在团队协作中的应用,确保代码集成和合并的效率与安全性。 3. 持续集成/持续交付(CI/CD):介绍自动化构建、自动化测试和自动化部署的基础流程。讲解Maven/Gradle等构建工具的配置,以及Jenkins、GitLab CI等工具链在实现快速反馈循环中的关键作用。 第四章:软件测试与质量保证(QA) 质量保证贯穿整个生命周期。本章提供系统的测试策略。 1. 测试金字塔模型:详细阐述单元测试、集成测试、端到端(E2E)测试在测试金字塔中的地位和编写要求。强调高比例的自动化单元测试是保障质量的基石。 2. 测试驱动开发(TDD):系统讲解红-绿-重构的TDD循环,以及它如何从根本上改进需求理解和设计质量。 3. 高级测试技术:涵盖性能测试(负载、压力、稳定性)、安全测试(渗透测试基础)和回归测试策略。讨论如何设计有效的测试用例集,以及测试覆盖率报告的解读。 4. 静态与动态分析:介绍使用SonarQube等工具进行代码质量扫描,自动化地发现潜在的Bug、安全漏洞和代码异味(Code Smells)。 第五章:软件维护与演进 软件生命周期中最耗时、成本最高的部分是维护。 1. 维护类型与挑战:区分纠正性、适应性、完善性维护,并分析不同维护活动对系统稳定性的影响。 2. 重构的艺术:阐述重构的定义、原则和常见场景(如提取方法、引入参数对象)。强调重构必须在充分的测试覆盖下进行,以避免引入新的缺陷。 3. 遗留系统分析与现代化:探讨如何对老旧系统进行逆向工程分析,评估其技术债务,并规划逐步替换或重构的策略,以延长软件资产的生命周期。 第六章:过程管理与敏捷方法论 本章从管理视角审视软件交付过程。 1. 传统项目管理回顾:简要回顾瀑布模型下的里程碑、进度控制和风险管理。 2. 敏捷方法的核心实践:深入剖析Scrum框架(角色、工件、事件),以及看板(Kanban)对流程可视化和限制在制品(WIP)的强调。对比Scrum和Kanban的适用性。 3. 精益软件开发原则:介绍消除浪费、延迟承诺、快速交付等精益思想如何指导敏捷实践,提升价值流效率。 4. DevOps文化与实践:将开发与运维的边界模糊化,强调自动化、监控和反馈循环的重要性。讨论基础设施即代码(IaC)的概念及其在保障环境一致性方面的作用。 全书旨在通过严谨的理论阐述、大量的工业案例和实用的技术指导,帮助读者掌握从概念到部署、从设计到维护的全套软件工程技能,培养系统性的工程思维和解决复杂问题的能力。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的实践指导部分,可以说是最大的短板所在。理论知识如果不能有效地与实际操作相结合,对于工程技术类书籍而言,价值会大打折扣。书中似乎默认读者拥有一个功能完备的、标准化的开发板,所有的代码示例都是在这样“理想环境”下运行的。我试着将书中的某些核心算法——比如一个基于软件实现的PID控制器在定时器中断中的调用逻辑——迁移到我手头的特定平台(一个基于RISC-V的定制板卡)上时,立刻遇到了兼容性问题。书中引用的库函数签名与我实际使用的编译环境存在细微差别,而作者对此完全没有给出任何兼容性说明或替代方案的指导。这种“脱离实际硬件”的示例代码,极大地削弱了其作为一本“设计”参考书的实用价值。一个真正好的设计指南,应该教会读者如何处理“脏数据”、如何应对不同硬件平台的差异性,如何通过抽象层(HAL层)来隔离应用逻辑与底层驱动的耦合。本书在这方面显得过于“干净”,仿佛所有问题都能通过一次编译和加载完美解决。对于那些需要解决实际Bug、调试底层通信错误的工程师而言,这本书提供的帮助非常有限,它更像是一本关于“标准嵌入式系统应该是什么样”的理论模型,而非一本教你“如何将模型落地到具体产品”的实战手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示设计,给我的感觉是标准的、略显陈旧的学院派风格。大量使用黑白线条图来解释复杂的硬件接口和软件流程,虽然保证了清晰度,但完全没有顾及到现代技术书籍应有的视觉吸引力。在讲解I2C、SPI等总线协议时,我期待看到的是精心绘制的时序图,能够直观地展示数据位传输、应答和仲裁过程中的电平变化和时序关系,最好能辅以实际示波器抓取的波形截图,哪怕是模拟的也行,以增强真实感。然而,书中提供的图表往往是简化的方框图,抽象度过高,导致理解某些细节时,我不得不反反复复地对照文字描述,这极大地拖慢了我的阅读和理解速度。更令人遗憾的是,在讨论到现代嵌入式系统中常见的异步事件处理和中断服务程序(ISR)设计时,书中对优先级反转、中断延迟等关键问题的讨论显得力度不足。一个优秀的“设计”类书籍,理应深入探讨如何使用信号量、消息队列等机制来安全地管理共享资源,确保系统的实时性和健壮性。这本书在这方面的论述,更像是将教材中的标准定义搬了过来,缺乏实战中遇到的棘手问题以及相应的工程化解决方案。这种对细节和视觉体验的疏忽,让整本书读起来像是在翻阅一本年代久远的技术文档,缺乏与时代同步的活力和指导意义。

评分☆☆☆☆☆

我花费了很大篇幅去研究其中关于微处理器架构的部分,尤其是在对比Cortex-M系列与其他主流MCU内核时的论述。原本期待能深入了解不同厂商(如ST、NXP、TI)基于同一内核所做的片上系统(SoC)设计差异,例如Cache策略、总线矩阵结构(如AMBA AXI/AHB)对性能的实际影响,以及如何针对特定的低功耗场景,对时钟门控、电源域管理进行精细化的寄存器级编程。然而,书中对于底层硬件的描述,停留在对数据手册规格的转述,缺乏对设计哲学和取舍的剖析。例如,当讨论到DMA(直接内存存取)控制器时,我希望能看到关于“Scatter-Gather DMA”的实际应用案例,以及如何在不同延迟敏感度的数据流之间合理分配带宽。再者,书中对固件的更新机制(OTA)也着墨甚少,这在当前要求系统持续迭代的背景下,是一个至关重要的设计环节。对于如何安全地实现双备份、A/B分区切换,以及在更新过程中保证设备不“变砖”的策略,书中并未提供哪怕是一个高层次的架构图或设计原则。这使得本书在“设计”这个维度上,显得工具性不足,无法真正指导读者去构建一个能够应对复杂生命周期管理的现代嵌入式产品。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《嵌入式系统原理与设计》时,我内心是充满期待的,毕竟在当前的科技浪潮中,嵌入式技术无疑是驱动物联网、智能硬件乃至人工智能应用落地的核心动力。然而,当我翻开前几章,试图寻找那些能让我眼前一亮的、真正能揭示“原理与设计”精髓的内容时,却感到了一丝困惑。书中对基础概念的阐述显得有些过于浅尝辄止,更像是对现有教科书知识点的简单罗列和重组,缺乏一种深入骨髓的洞察力。比如,在介绍实时操作系统(RTOS)的上下文切换机制时,期望看到的是关于不同调度算法在特定硬件资源约束下的性能权衡与优化细节,甚至是一些经典RTOS内核(如FreeRTOS、µC/OS)的源码级剖析与性能瓶颈分析。但呈现在眼前的,更多的是对概念的定义式介绍,对“为什么”和“如何做到最优”的探讨几乎缺失。这种处理方式,对于一个已经具备一定电子或计算机基础,渴望突破理论框架、进入实践深水区的读者来说,无疑是略显乏味和低效的。我希望看到的,是能引导我思考如何根据项目需求,从零开始设计一个高效、可靠的嵌入式软件架构,而不是仅仅停留在“知道这个概念存在”的层面。总体而言,本书的知识密度和深度,与它所宣称的“原理与设计”的宏大主题,似乎存在一定的落差,更像是一本面向初学者的导论性质读物,而非进阶参考手册。

评分☆☆☆☆☆

从语言风格和术语的选用上看,这本书的受众定位似乎摇摆不定。在某些章节,它使用了大量晦涩的、过时的专业术语,对于一个刚接触嵌入式的新人来说,理解这些术语需要额外花费大量时间去查阅其他资料,这无疑增加了学习的门槛。然而,在另一些章节,对新出现的概念(如边缘计算中的轻量级容器技术在嵌入式上的部署)的讨论,又显得异常仓促和表面化,仿佛只是为了“赶时髦”而提及,缺乏深入的技术分析和案例支撑。例如,在探讨网络通信安全时,书中只是简单地提及了TLS/SSL协议,但完全没有涉及如何在资源受限的MCU上高效地实现证书管理、密钥交换以及加解密运算的优化,特别是对于硬件安全模块(HSM)的利用。这种前后不一的深度和广度,使得这本书的整体阅读体验非常割裂。它没有明确地将自己定位为“面向CS背景的初学者”或是“面向资深硬件工程师的进阶参考”,导致任何一个群体在阅读时,都会发现自己想要的关键信息缺失或过于肤浅。因此,这本书更像是一个信息大杂烩,而非一本聚焦于特定设计哲学或技术栈的权威著作。

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