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出版者:科学出版社

作者:何光渝

出品人:

页数:872

译者:

出版时间:2003-12-1

价格:78.00

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787030104984

丛书系列:

图书标签:

• 算法
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好的，以下是为一本名为《现代嵌入式系统设计与实践》的书籍撰写的详细简介。此书专注于嵌入式系统的底层原理、软硬件协同设计以及前沿应用。 --- 现代嵌入式系统设计与实践 内容简介 在当今万物互联的时代，嵌入式系统已渗透到我们生活的方方面面，从智能家居到工业自动化，从医疗设备到自动驾驶汽车，其核心地位无可替代。然而，嵌入式系统并非简单的微控制器编程，它是一个涉及硬件、实时操作系统、通信协议、电源管理和专业工具链的复杂交叉学科。 《现代嵌入式系统设计与实践》旨在为读者构建一个全面、深入且与时俱进的知识体系。本书并非停留在基础概念的罗列，而是聚焦于当前业界主流的高性能、低功耗和高可靠性的系统设计挑战，引导读者从零开始掌握设计一个稳定、高效的现代嵌入式产品的全流程。 本书的结构设计遵循“理论奠基—核心技术解析—前沿实践应用”的逻辑主线，确保读者不仅知其然，更能知其所以然。 第一部分：嵌入式系统基础与硬件选型 本部分为深入学习打下坚实基础，重点剖析现代嵌入式系统的核心硬件构成与设计哲学。 1. 现代处理器架构解析： 我们将详细对比和分析当前主流的嵌入式处理器架构，包括ARM Cortex-M/R/A 系列的最新特性，如流水线深度、缓存机制、内存保护单元（MPU）的配置。特别强调RISC-V 架构作为开源指令集平台的兴起及其在定制化系统中的潜力与挑战。 2. 存储器系统与总线结构： 深入探讨非易失性存储（如NOR/NAND Flash、eMMC）的读写时序、磨损平衡算法（Wear Leveling）的原理。系统地梳理片上总线结构，如AHB/AXI 协议的握手机制、仲裁策略以及如何优化数据传输效率，避免总线瓶颈。 3. 传感器接口与信号调理： 系统介绍高速和低速数据采集的常用接口标准（如SPI、I2C、UART、CAN FD）。重点阐述ADC/DAC的有效位数（ENOB）、采样定理在实际系统中的应用，以及如何设计有效的抗混叠滤波电路和电磁兼容性（EMC）初步考量。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程 现代嵌入式系统大多需要处理多个并发任务，RTOS是实现精确时间控制的关键。 4. RTOS 核心机制深度剖析： 本书以业界广泛采用的RTOS（如FreeRTOS/Zephyr）为例，详细解释任务调度算法（优先级继承、轮转调度），上下文切换的机制与开销。我们不只停留在API调用层面，而是深入到内核源码层面，展示系统调用栈和中断处理流程。 5. 资源同步与互斥机制： 详尽解析并发编程中的核心难题——竞态条件。深入探讨信号量、互斥锁、消息队列在不同场景下的适用性。重点讲解“死锁”（Deadlock）的预防、检测与恢复策略，以及如何利用临界区优化代码执行效率。 6. 内存管理与低功耗设计： 剖析RTOS中的堆栈管理策略，如固定分配池（Memory Pool）与动态内存分配的优劣。针对电池供电设备，系统讲解时钟门控、深度睡眠模式（Deep Sleep）的配置与唤醒源管理，以及如何使用Tickless Idle模式实现最大化的功耗节省。 第三部分：通信协议栈与网络集成 随着物联网（IoT）的发展，嵌入式设备需要可靠地与外部世界通信。 7. 嵌入式网络协议栈实现： 重点讲解TCP/IP 协议栈在资源受限设备上的裁剪与优化。如何高效实现ARP、ICMP、UDP和TCP。针对无线连接，深入分析Wi-Fi 和低功耗蓝牙（BLE 5.x）的配对流程、安全认证（如TLS/DTLS）在嵌入式环境下的资源占用分析。 8. 工业通信与现场总线： 针对工业控制领域，本书详述Modbus、EtherCAT等协议的帧结构解析与应用。探讨如何利用CAN FD实现高可靠性的车载或工厂内通信网络。 第四部分：系统级调试、测试与质量保障 高质量的嵌入式产品离不开强大的调试和验证能力。 9. 硬件调试与固件烧录： 系统介绍JTAG/SWD接口的原理与配置，讲解如何利用逻辑分析仪和示波器进行信号完整性分析。同时，详细介绍Bootloader的设计，包括OTA（Over-The-Air）固件升级机制的实现，确保系统在现场的可维护性。 10. 鲁棒性与故障注入测试： 强调嵌入式软件的健壮性设计。讲解看门狗（Watchdog Timer）的正确配置与复位流程。介绍故障注入（Fault Injection）技术，用于主动发现潜在的软件缺陷和硬件容错能力。 面向读者 本书适合具备C/C++编程基础，并希望系统性掌握现代嵌入式系统设计与开发流程的工程师、技术人员以及高年级本科生和研究生。它不仅是理论参考书，更是一本强调实战经验、设计规范和前沿技术追踪的工具书。通过大量的代码示例、原理图分析和实践案例，读者将能够自信地应对从原型设计到量产阶段的各项技术挑战。 ---

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这本书的装帧和排版本身也值得称赞，这虽然是次要因素，但长时间阅读下来，舒适的阅读体验确实能提升学习效率。《Visual C++ 常用数值算法集》在代码展示方面做得非常出色，所有的代码块都采用了清晰的颜色高亮和固定的字体，即使是复杂的嵌套循环和模板代码，也能一眼看出其结构。更重要的是，书中许多关键的算法函数都配上了详细的注释，这些注释不仅仅是简单的功能描述，更像是作者本人在代码旁边留下的“思考笔记”，解释了为什么选择某个特定的数据结构，或者为什么采用某种特殊的边界条件处理。我个人最喜欢的部分是对优化算法的探讨，特别是那些涉及多维搜索和全局优化的内容，作者不仅提供了实现，还对参数设置的敏感性进行了分析，这种对“边界情况”的关注，往往是初学者最容易忽略的陷阱。这本书真正做到了将理论的深度与实践的广度完美结合，是一部可以长期放在手边，时不时翻阅并从中汲取灵感的宝贵资源。

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这本《Visual C++ 常用数值算法集》我算是慕名已久，但真正翻开后，才发现它对初学者的友好程度远超我的预期。书的结构组织得非常清晰，从最基础的数学原理到具体的C++代码实现，每一步都讲解得深入浅出。我尤其欣赏作者在讲解那些复杂的数值方法时，并没有直接丢给我们一堆难以理解的公式，而是巧妙地结合了图示和实际应用场景，让原本枯燥的理论一下子变得生动起来。比如在处理线性方程组求解的部分，作者对高斯消元法和LU分解的剖析，简直是教科书级别的典范，不仅展示了算法的效率对比，还细致地指出了在实际编程中需要注意的数值稳定性问题，这对于我这种想把算法应用到工程实践中的读者来说，简直是如获至宝。书中的代码示例都是基于Visual C++环境的，这对于习惯了微软开发生态的工程师来说，上手速度极快，直接复制粘贴就能运行调试，省去了大量环境配置的时间，让人能更专注于算法本身的研究。整体阅读下来，感觉作者对数值计算领域的理解是相当透彻且务实的，没有过多纠缠于晦涩的数学证明，而是聚焦于“如何高效地用C++实现它”，这正是实用主义者最需要的。

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说实话，我刚开始接触这本书时，有点被厚度吓到，担心里面全是晦涩难懂的公式推导，看完后估计也只会写点皮毛。但实际上，这本书的阅读体验是极其流畅的。作者非常擅长将复杂的数学概念“翻译”成易于理解的编程逻辑。比如，当我看到关于快速傅里叶变换（FFT）的那一章时，我本来已经准备好要啃好几天的数学证明了，结果作者用一种自顶向下、分而治之的思路，将整个算法的结构清晰地勾勒出来，配合着C++的递归结构，代码的逻辑几乎是一目了然。它不像某些学术著作那样，把每一步推导都写得密不透风，而是选择性地给出关键的数学依据，然后迅速将焦点转移到如何高效地将这些理论转化为可执行的程序。这种平衡拿捏得恰到好处，既保证了理论的深度，又照顾到了工程实践的效率。对于那些需要快速掌握核心算法并投入到项目中去的人来说，这本书简直是为他们量身定做的“加速器”。

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坦率地说，我最初购买这本书是抱着一种“试试看”的心态，因为市面上打着“数值算法”旗号的书籍，十有八九都会陷入“理论堆砌，代码陈旧”的怪圈。然而，《Visual C++ 常用数值算法集》彻底颠覆了我的看法。这本书的价值，很大程度上体现在它对“常用”二字的精准把握上。它没有试图涵盖所有冷门晦涩的数学分支，而是集中火力攻克了工程计算中最核心的几大模块：插值、拟合、微分方程求解以及优化问题。对于像我这样需要在短期内快速搭建起一套可靠的数值计算模块的开发者来说，这种聚焦至关重要。书中的每一章节都像是一个精心打磨的工具箱，提供的不仅仅是算法的实现，更包含了对不同算法适用范围的深刻洞察。比如在处理非线性方程组的求解时，作者对牛顿法和拟牛顿法的选择性讨论，并提供了不同收敛速度下的性能权衡，这种实战经验的传授，是纯理论书籍无法比拟的。代码的编写风格也极为考究，充分利用了C++的面向对象特性，使得算法的封装性和复用性极高，这点对于大型项目的维护工作来说，简直是太贴心了。

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从一个资深软件架构师的角度来看，这本书的亮点在于其技术选型的前瞻性和代码的健壮性。在当前的计算环境下，仅仅实现算法是不够的，必须考虑并行计算和现代硬件的特性。《Visual C++ 常用数值算法集》虽然着重于基础算法的实现，但其中一些细节处理，例如矩阵运算中如何优化缓存命中率，以及如何设计接口以便于未来移植到多线程环境，都体现了作者深厚的工程素养。我特别留意了它在处理大规模矩阵运算时的策略，它并没有完全依赖外部库，而是给出了自己的一套高效实现，这对于理解底层性能瓶颈非常有帮助。更让我惊喜的是，书中对于误差分析和算法鲁棒性的讨论，非常到位。它不回避数值计算中固有的不精确性，而是教会读者如何量化和控制这种不精确，比如在迭代收敛判断中对绝对误差和相对误差的灵活运用。这种严谨的态度，使得这本书不仅仅是一本“怎么做”的指南，更是一本“为什么这样做”的深度解析手册，非常适合希望从“代码实现者”升级为“算法设计者”的读者群体。

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