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出版者:清华大学出版社

作者:刘复华

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:1997-02

价格:17.00元

装帧:平装

isbn号码:9787302023432

丛书系列:

图书标签:

• 8098单片机
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• 电子工程
• 嵌入式系统
• 微控制器
• 实践教学

好的，这是一份针对您提供的书名之外的、关于嵌入式系统设计主题的图书简介，旨在详尽介绍该领域，避免提及您指定的原书内容。 --- 《现代嵌入式系统与物联网应用开发实践指南》 内容概述：从底层硬件到云端服务的全景构建 本书并非聚焦于特定型号的微控制器学习，而是旨在为读者提供一个全面、深入且高度实用的现代嵌入式系统与物联网（IoT）应用开发的知识框架与实战指导。在当前技术迭代飞速的时代，嵌入式系统已不再是孤立的控制器，而是连接物理世界与数字世界的桥梁。本书将带领工程师、开发者和电子爱好者，掌握构建下一代智能、高效、可靠嵌入式解决方案所需的核心理论、设计方法和前沿技术。 全书结构围绕嵌入式系统设计的四大核心支柱展开：硬件基础与微处理器架构、实时操作系统（RTOS）与系统软件、嵌入式网络通信协议栈，以及云端集成与数据处理。我们采用“理论讲解—典型案例分析—完整项目实战”的教学模式，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”。 第一部分：嵌入式系统硬件基础与处理器选型 本部分首先奠定了坚实的基础。我们摒弃对单一指令集的纠缠，转而深入探讨现代嵌入式处理器家族的共性与特性。 1. 处理器架构深度解析： 详细剖析ARM Cortex-M系列（如M3、M4、M7）在流水线、中断机制、内存保护单元（MPU）等方面的设计哲学。同时，引入RISC-V架构作为新兴的开源选择，对比其在定制化、可扩展性方面的优势与挑战。讨论如何根据功耗、性能和成本需求进行合理的处理器选型。 2. 存储器系统与总线结构： 深入讲解SRAM、Flash（NOR/NAND）的工作原理、时序要求及寿命管理。重点剖析AHB/APB等系统总线在数据传输效率、仲裁机制上的优化策略。涉及内存映射I/O、DMA控制器的高效配置，以实现高效的数据吞吐。 3. 关键外设接口与驱动开发： 覆盖通用异步串行接口（UART/USART）、SPI、I2C、CAN（特别是用于汽车电子和工业控制的应用）的底层寄存器操作与驱动程序编写。特别强调模数转换器（ADC）与数模转换器（DAC）在高精度信号采集与控制中的应用技巧，包括过采样、滤波算法的实现。 第二部分：嵌入式实时操作系统（RTOS）与系统软件 现代嵌入式系统几乎都运行在操作系统之上。本部分聚焦于提升系统的并发性、可靠性和可维护性。 1. RTOS核心概念与选型： 全面介绍FreeRTOS、Zephyr等主流轻量级RTOS的内核机制。深入讲解任务调度（优先级继承、时间片轮转）、信号量、互斥锁、消息队列等关键同步与通信原语的正确使用范式，并探讨死锁预防策略。 2. 系统启动与底层移植： 详细阐述从硬件复位到操作系统启动的完整流程，包括启动文件（Startup Code）的编写、链接脚本的配置以及Toolchain（GCC/Clang）的交叉编译环境搭建。讲解如何将RTOS移植到新的硬件平台，特别是时钟树、中断向量表的初始化。 3. 内存管理与资源安全： 探讨静态内存池、动态内存分配器（如dlmalloc的嵌入式优化版本）的优劣。分析内存碎片化问题及其缓解措施，并介绍栈溢出检测和运行时错误处理机制，以增强系统的健壮性。 第三部分：嵌入式网络通信与协议栈实现 物联网的核心在于连接。本部分专注于网络通信的实现技术。 1. 嵌入式网络协议栈： 详细介绍TCP/IP协议栈在资源受限设备上的实现（如LwIP的配置与优化）。涵盖以太网MAC层驱动编写、ARP解析过程、以及TCP连接管理中的滑动窗口与拥塞控制原理。 2. 无线连接技术： 重点讲解Wi-Fi（802.11）和低功耗广域网（LPWAN），特别是LoRa/NB-IoT在物联网场景下的接入技术、数据帧结构与功耗优化策略。针对蓝牙低功耗（BLE），将深入分析GATT服务、特征（Characteristics）的定义与配对流程。 3. 安全通信（TLS/DTLS）： 针对物联网设备面临的安全挑战，本书提供轻量级TLS/SSL库（如mbedTLS）的裁剪、集成与配置指南。讲解证书管理、握手过程的优化，确保数据在传输过程中的机密性和完整性。 第四部分：云端集成、固件升级与DevOps实践 嵌入式系统不再是独立的终端，而是云生态的一部分。 1. MQTT与数据上云： 详细解析物联网通信的主流协议MQTT，包括QoS等级的选择、主题（Topic）的设计规范、遗嘱消息的应用。提供使用Paho或类似客户端库实现设备与主流云平台（如AWS IoT Core, Azure IoT Hub）的连接与消息收发实战。 2. 远程固件空中升级（OTA）： 探讨OTA机制的系统性设计，包括下载通道的选择（HTTP/CoAP）、存储分区策略（A/B分区或回滚机制）、签名验证与原子性更新的实现，以确保升级过程的安全性与可靠性。 3. 嵌入式系统调试与质量保证： 介绍JTAG/SWD调试接口的高级使用，包括断点设置、寄存器观察、以及使用硬件追踪单元（如ETM）进行复杂时序问题的定位。讨论基于Jenkins或GitLab CI的嵌入式持续集成/持续部署（CI/CD）流水线搭建，实现自动化编译、测试和固件分发。 目标读者 本书适合具备C/C++语言基础，并希望深入理解现代嵌入式系统架构、掌握实时操作系统应用、并具备物联网设备端到端开发能力的电子工程师、软件工程师、计算机科学专业高年级学生及研究生。通过系统学习，读者将能够独立完成具备复杂功能、高可靠性和网络连接能力的智能硬件产品原型设计与开发工作。

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这本书在理论知识的阐述深度上，远远超出了我原本的预期，尤其是在对底层硬件接口的解析部分，简直是教科书级别的详尽。它不仅仅是简单地罗列寄存器地址和操作流程，而是深入挖掘了数据流动的内在机制，像是把一块复杂的芯片内部结构，用清晰的逻辑脉络一步步剥开，让读者能真正理解“为什么”要这样设置，而不是死记硬背“怎么做”。例如，在讲解定时器溢出中断的实现时，作者不仅给出了标准的C语言代码示例，还穿插了汇编层面的指令序列分析，这种跨层次的讲解，对于希望未来能进行底层优化或者调试复杂嵌入式系统的人来说，无疑是极具价值的知识储备。相比我之前看过的几本同类书籍，这本书在理论深度上更胜一筹，它建立了一种深入、系统化的知识框架，而非零散的知识点堆砌。

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这本书的行文风格非常独特，它成功地在严谨的学术性与平易近人的讲解之间找到了一个精妙的平衡点。作者的叙事方式，与其说是在“教导”，不如说更像是一位经验丰富的工程师在与后辈进行一对一的经验传授。语言流畅，逻辑清晰，即便是在处理那些晦涩难懂的硬件特性时，也能通过生动的比喻或贴近实际的类比来辅助理解，完全没有传统技术书籍那种晦涩难懂的“官腔”。这种亲和力使得长时间阅读也不会产生心理上的抗拒感，能够更自然地吸收知识。这种以人为本的写作态度，让我在学习过程中始终保持着一种积极探索的动力，而不是感到压力重重。

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我对这本书的扩展性和前瞻性给予高度评价。虽然它聚焦于某一特定型号的微控制器，但作者在介绍核心概念时，总是会习惯性地将知识点与更广泛的嵌入式系统设计原则联系起来。例如，在讨论中断处理机制时，会提及实时操作系统（RTOS）的基本调度概念，而不是仅仅停留在单片机的局部中断服务程序层面。这种做法让读者在掌握具体技术的同时，也能对整个行业的技术发展趋势和更高层次的系统架构有一个初步的认识。这本书不仅仅是教会你如何“做”一个项目，更在引导你思考如何“设计”一个健壮且可扩展的系统，为未来的技术升级和领域拓展打下了坚实的基础。

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这本书的装帧设计和印刷质量给我留下了非常好的第一印象。纸张的厚度适中，手感舒适，即便是长时间阅读也不会觉得累眼。封面设计简约而不失专业感，色彩搭配沉稳大气，很符合技术类书籍的定位。更值得称赞的是，书中的排版布局非常科学合理，章节标题和正文的字号、行距都经过了精心调整，使得阅读的流畅性大大提高。特别是那些涉及到电路图和程序代码的部分，插图和代码块的清晰度极高，线条锐利，字符工整，这对于需要仔细核对细节的技术学习者来说，简直是福音。很多技术书籍在插图部分常常敷衍了事，导致图文对照时非常吃力，但这本教材在这方面做得非常到位，可以看出出版方在细节处理上投入了大量的精力，保证了阅读体验的专业性和舒适度。这种对物理载体的重视，往往也预示着内容本身的严谨性，让人对接下来的学习充满期待。

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作为一本面向实践应用的教程，这本书在实例的选取和操作指导的细致程度上，做得可以说是面面俱到，极大地降低了初学者的入门门槛。它选择的例题覆盖了从基础的I/O控制到相对复杂的串行通信和实时控制等多个关键应用场景，每一个例子都配有详尽的硬件连接图和软件流程图，步骤清晰到几乎不需要额外的参考资料。我尤其欣赏它对常见错误和陷阱的预警部分，作者似乎深谙学习者在实际操作中会遇到的各种“坑”，并提前给出了规避方案和调试思路，这极大地减少了我试错的时间成本。这种“防呆”设计，体现了作者丰富的工程实践经验，使得这本书真正起到了一个优秀“助教”的作用，而不是冷冰冰的理论手册。

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