基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学

作者:薛定宇//陈阳泉

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2011-2

价格:42.00元

装帧:

isbn号码:9787302238805

丛书系列:

图书标签:

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• Simulink
• 系统仿真
• 工程技术
• 应用
• 仿真建模

《高级嵌入式系统设计与实践：从理论到硬件实现》 内容简介 本书深入探讨了现代嵌入式系统设计与实现的复杂性，旨在为读者提供一套全面、系统的理论框架和前沿的实践指导。全书结构紧凑，逻辑清晰，紧密结合当前工业界对高性能、低功耗、高可靠性嵌入式解决方案的需求，内容涵盖了从底层硬件架构选择到上层软件开发、再到系统级验证与部署的全过程。 第一部分：嵌入式系统基础与架构演进 本书首先对嵌入式系统的基本概念、发展历程及其在不同行业（如物联网、汽车电子、工业控制）中的应用进行了详尽的综述。重点分析了当前主流的微控制器（MCU）和微处理器（MPU）架构，如Cortex-M系列、Cortex-A系列以及新兴的异构计算单元（如DSP、FPGA加速器）的内部工作原理、指令集特性和功耗管理策略。 我们详细阐述了片上系统（SoC）的设计哲学，包括总线结构（如AMBA AXI/AHB）、中断控制器（NVIC/GIC）的高效配置，以及内存管理单元（MMU/MPU）在保障系统安全性和多任务隔离中的关键作用。特别地，针对实时性要求极高的应用，本书深入剖析了硬实时与软实时的区别，并提供了基于硬件特性进行延迟分析和抖动控制的工程方法。 第二部分：实时操作系统（RTOS）的精髓与内核调优 实时操作系统是现代复杂嵌入式系统的基石。本部分将RTOS的理论模型提升到了工程实践的高度。我们不仅涵盖了经典的RTOS内核结构（如μC/OS-III, FreeRTOS, Zephyr），更侧重于系统级性能优化。 内容包括：任务调度算法的深入比较（固定优先级、轮转、多级反馈队列），信号量、互斥锁、消息队列等同步机制的陷阱与最佳实践，特别是针对优先级反转、死锁等经典问题的应对策略。我们提供了一套系统化的方法来测量和分析内核开销（上下文切换时间、中断延迟），并指导读者如何根据应用场景，对内核的钩子函数、时钟节拍等关键参数进行定制化调优，以最大限度地榨取硬件潜力。 此外，本书还包含了对事件驱动编程模型（EDM）和状态机设计模式（如UML状态图在嵌入式代码中的映射）的详细讲解，强调如何通过结构化的软件设计来提升系统的可维护性和可测试性。 第三部分：设备驱动开发与底层交互 掌握高效、健壮的设备驱动是嵌入式工程师的核心能力。本部分聚焦于如何与底层硬件进行可靠通信。 我们详述了不同类型外设的驱动设计思路： 1. 串行通信接口 (UART/SPI/I2C)： 探讨了同步与异步通信的帧格式解析、错误检测机制，以及如何设计高效的DMA（直接内存访问）传输方案来卸载CPU负担。 2. 高级定时器与脉冲宽度调制 (PWM)： 针对电机控制、电源管理等应用，讲解了捕获/比较单元的高级配置，以及如何实现平滑的PWM输出和精确的频率合成。 3. 模数/数模转换器 (ADC/DAC)： 重点分析了采样定理在系统设计中的应用，多通道扫描的同步问题，以及如何利用硬件过采样和数字滤波技术来提高信噪比。 对于中断服务程序（ISR）的设计，本书强调了“快速进出”的原则，详细阐述了如何将耗时的处理逻辑安全地从中断上下文转移到工作线程中，确保系统的实时响应能力。 第四部分：嵌入式系统安全与网络通信 随着系统互联性的增强，安全性已成为嵌入式设计不可或缺的一环。本部分深入剖析了嵌入式安全威胁的来源，并提供了多层次的防御策略。 内容涵盖了硬件安全模块（如TrustZone、安全启动链）的工作原理，固件加密、代码签名和安全存储机制的实现。对于数据传输安全，我们详细介绍了TLS/SSL协议栈在资源受限环境下的裁剪与移植，以及OTA（空中下载）更新机制的设计，确保系统更新过程的原子性和防篡改性。 网络通信部分，侧重于工业物联网（IIoT）和边缘计算场景。不仅讲解了TCP/IP协议栈在嵌入式平台上的优化配置，还对比分析了轻量级消息协议如MQTT、CoAP的适用性，以及如何通过低功耗广域网（LPWAN）技术实现远距离、低带宽的数据采集。 第五部分：系统级验证、调试与性能分析 系统的健壮性来源于严格的验证。本书提供了一套系统的调试和验证流程，超越了简单的断点调试。 我们介绍了硬件调试接口（JTAG/SWD）的高级用法，如指令跟踪和内存访问监控。性能分析方面，本书教授读者如何利用逻辑分析仪、示波器以及内嵌的性能计数器来量化系统延迟、识别缓存未命中和总线仲裁瓶颈。 针对软件质量，详细阐述了单元测试（如Google Test在嵌入式环境中的适配）、集成测试和系统级压力测试的方法。特别地，我们讨论了故障注入技术（Fault Injection）在提升系统鲁棒性方面的应用，以及如何构建一个可复现的测试环境来模拟极端工作条件。 结语 《高级嵌入式系统设计与实践》力求成为工程师案头的常备工具书，通过深入浅出的理论阐述和高度贴近工程实践的案例分析，帮助读者掌握构建下一代高性能、高可靠性嵌入式系统的核心技术。本书面向具备一定微控制器编程基础的电子、计算机工程专业学生、嵌入式软件/硬件工程师以及系统架构师。

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这本书在理论基础的构建上显得尤为扎实，它不像市面上那些只教皮毛操作的速成手册，而是真正花笔墨去解释背后的数学原理和信号处理基础。比如，在讲解状态空间模型建立时，作者并没有直接抛出公式，而是从系统的物理特性出发，一步步推导出矩阵表示，这种循序渐进的教学方式，让那些原本感到晦涩难懂的线性代数知识点变得可以被工程思维所消化。对我这个更偏向理论背景的读者来说，这种深度讲解至关重要，它让我能够理解“为什么”要这么做，而不是仅仅学会“怎么”操作。看完相关的章节，我感觉对整个系统建模的哲学有了更深层次的领悟，不再是盲目套用工具箱函数，而是能主动设计和修改模型以满足特定需求。

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这本书的排版风格给我一种非常“沉静”的阅读感受，它没有采用那种试图用大号字体和鲜艳色彩来吸引眼球的浮躁手法。相反，它利用了大片留白和合理的章节结构，营造出一种专注、深入研究的氛围。章节之间的过渡非常平滑自然，就像是与一位经验丰富的导师进行一对一的交流，他会耐心地将你从一个知识点引向下一个更深层次的领域。特别是书中对高级功能模块的介绍部分，组织得非常有条理，采用了清单和分步指南的结合，避免了冗长段落带来的阅读疲劳。我发现，每次阅读一段时间后合上书本，脑海中浮现的知识点结构是清晰且有层次的，这种结构化的信息呈现方式，无疑是高效率学习的基石。

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这本书的装帧和排版设计确实很不错，拿到手里感觉质感挺好，纸张的厚度也适中，阅读起来眼睛不会那么容易疲劳。封面设计走的是简约专业路线，色彩搭配比较沉稳，很符合技术类书籍的定位。我特别欣赏它在图表和代码示例的呈现方式上所下的功夫，清晰的线条和规范的字体让复杂的结构图和仿真框图一目了然，这对理解抽象概念至关重要。而且，书中对每一个算法步骤的插图都经过精心制作，不是那种简单粗暴的截图堆砌，而是有逻辑地引导读者去观察和思考不同模块之间的关系。每次翻阅时，都能感受到编辑和作者在细节上对阅读体验的重视，这在很多技术书籍中是比较少见的。有时候，一本好书不仅仅是内容好，阅读的物理体验同样影响学习的心情和效率，这本书在这方面无疑是做到了相当高的水准。

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我花费了大量时间去研究书中的案例分析部分，尤其是关于实时控制系统实现的章节，简直是为我量身定制的宝典。作者在选取案例时非常贴近工业界的实际需求，不像有些教材那样只停留在理论的空中楼阁。例如，书中对某个复杂机械臂运动控制的仿真与实际硬件在环（HIL）测试的对比分析，逻辑链条完整且深入，不仅展示了如何搭建仿真模型，更重要的是阐述了在不同约束条件下如何调整参数以优化性能。这种从理论到实践的无缝对接，极大地提升了我将所学知识应用于我目前手头项目的信心。而且，作者在讲解每一个仿真步骤时，总会穿插一些“过来人”的经验之谈，那些关于模型简化、数值求解器选择的陷阱提示，比教科书上的标准定义要实用得多，能帮我少走很多弯路。

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这本书的语言风格非常注重逻辑的严谨性，用词精准且专业，完全没有多余的寒暄或修饰。它更像是一份高质量的技术规范文档，直接切入核心要点进行阐述。例如，在描述不同仿真求解器的差异和适用性时，作者精确地使用了术语，并清晰地界定了每种方法在精度、稳定性和计算效率上的取舍，这种精确的对比分析，对于需要进行严格项目决策的工程师来说，具有不可替代的价值。我个人非常欣赏这种直截了当、以事实和逻辑为导向的叙述方式，它节省了大量猜测和自我消化的时间。全书的行文节奏控制得当，知识密度高而不失清晰度，真正体现了技术书籍应有的专业素养和信息传递效率。

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good introductory level book

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