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出版者:清华大学出版社

作者:张基温

出品人:

页数:281

译者:

出版时间:2004-6

价格:24.0

装帧:平装

isbn号码:9787302086703

丛书系列:

图书标签:

• C语言
• 程序设计
• 案例教程
• 入门
• 教学
• 编程
• 算法
• 实践
• 代码
• 学习

《嵌入式系统设计与实践》 ——从理论到实践的无缝对接 内容简介 本书聚焦于当前技术浪潮中最具活力的领域之一：嵌入式系统。它并非对单一编程语言进行深入的语法解析，而是旨在构建一套完整的知识体系，帮助读者理解、设计和实现功能强大的嵌入式应用。全书内容紧密围绕嵌入式系统的核心概念、主流技术栈以及实际工程中的挑战与解决方案展开。 第一部分：嵌入式系统基础理论与架构 本部分为深入实践奠定坚实的理论基础。我们首先阐述嵌入式系统的定义、特点、发展历程及其在现代工业、消费电子、医疗健康等领域的广泛应用。重点剖析了嵌入式系统的典型硬件架构，包括微处理器（MPU）与微控制器（MCU）的本质区别、关键性能指标（如时钟频率、总线宽度、存储器结构）的评估方法。 深入探讨了存储器体系结构，详细解析了嵌入式系统中常见的SRAM、DRAM、Flash（NOR/NAND）的工作原理、读写时序及内存管理的基本概念，为后续的程序部署和优化打下基础。 实时性要求是嵌入式系统的核心特征之一。 本章将详细介绍实时操作系统的（RTOS）基本概念，包括任务管理、调度算法（如固定优先级、轮转、最短剩余时间优先）、同步与互斥机制（信号量、互斥锁、消息队列）。我们不仅仅停留在理论层面，还会通过具体的案例分析，对比FreeRTOS、RT-Thread等主流RTOS在不同应用场景下的适用性与性能表现。 第二部分：硬件接口与底层驱动开发 嵌入式系统设计的精髓在于“与硬件交互”。本部分将彻底解构处理器与外部世界连接的桥梁——各种标准和非标准的硬件接口。 通信协议栈的精深解析： 我们将系统性地介绍串行通信（UART/USART）、同步通信（SPI、I2C）的工作帧格式、时序图和硬件实现细节。针对高速数据传输需求，深入讲解了USB（Device/Host模式基础）和以太网MAC层的工作原理。对于需要无线连接的场景，蓝牙（BLE）和Wi-Fi的基本通信机制也被涵盖在内。 中断系统与异常处理： 掌握如何高效地响应外部事件是嵌入式程序性能的关键。本章细致讲解了中断向量表、中断优先级、中断服务程序（ISR）的编写规范，以及如何避免竞态条件和死锁。同时，对系统复位、看门狗（Watchdog Timer）的使用与配置进行了详尽的阐述。 存储器映射与寄存器级编程： 这是理解任何嵌入式处理器工作方式的根本。我们将以某主流ARM Cortex-M系列处理器为例，演示如何通过查阅参考手册，直接操作片上外设的控制寄存器（如GPIO、定时器、ADC/DAC），实现对硬件资源的底层控制。这部分内容着重培养读者“看到硬件手册，就能写出驱动代码”的能力。 第三部分：嵌入式软件工程与系统构建 本部分转向更高层次的软件架构和工程化实践，关注如何构建健壮、可维护的嵌入式应用软件。 启动流程与固件加载： 系统上电后到用户程序开始执行的过程充满了复杂的初始化步骤。本书详述了Bootloader的角色、启动代码（Startup Code）的作用，以及如何从Flash中加载程序到RAM中执行。同时，探讨了固件空中升级（OTA）的基础架构和实现难点。 嵌入式文件系统与数据持久化： 鉴于现代嵌入式设备对数据存储的需求日益增加，本章专门研究了嵌入式文件系统的应用，如FATFS、JFFS2等。重点讨论了闪存磨损均衡（Wear Leveling）、数据一致性保护以及日志机制在保证系统可靠性中的作用。 功耗管理与低功耗设计： 在电池供电设备中，能效至关重要。我们将深入探讨处理器和外设的各种低功耗模式（睡眠、深度睡眠），以及如何通过智能化的任务调度和外设时钟门控来最大化设备的续航能力。 第四部分：现代嵌入式应用与前沿技术 本部分面向当前新兴的应用领域，介绍如何将先进技术融入到嵌入式平台中。 嵌入式网络通信与物联网（IoT）： 阐述了MQTT、CoAP等轻量级物联网协议的应用场景和协议栈实现。重点讲解了TLS/SSL在嵌入式设备上的资源受限环境下的安全通信实现策略。 实时操作系统上的应用开发范式： 讨论了如何利用抽象层（HAL/LL库）来隔离硬件差异，实现代码的可移植性。同时，引入了面向对象设计思想在资源受限环境下的适用性，以及如何使用现代C++特性进行高效的嵌入式编程。 系统调试、测试与可靠性工程： 软件质量是嵌入式系统的生命线。本章涵盖了硬件调试工具（JTAG/SWD、逻辑分析仪）的使用技巧，以及软件层面的断言（Assertion）、内存泄漏检测、栈溢出监控等关键调试技术。最后，讨论了故障注入测试和系统级鲁棒性验证的方法。 本书的特色在于其高度的实践导向性。每一章节的理论讲解后，都紧密结合实物硬件平台进行案例演示和代码剖析，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“怎么做”。通过本书的学习，读者将能够独立承担从硬件选型、驱动开发到复杂应用系统集成的全流程嵌入式项目。

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这本书的内容组织逻辑严密得令人称奇，它并非简单地罗列知识点，而是一条清晰的学习路径图。从最基础的变量、运算符开始，逐步过渡到函数、数组，然后自然而然地引导读者进入结构体和文件操作的殿堂。最让我佩服的是作者对“模块化”思想的贯彻，每一个章节的知识点都像乐高积木一样，可以独立存在，但又能完美地与其他模块结合起来构建更宏大的程序。这种结构使得复习变得异常高效，当你忘记某个细节时，可以直接跳到对应的模块进行针对性回顾，而不会被其他不相关的知识点干扰。而且，书中引入新概念的节奏把握得恰到好处，不会让人感到知识的洪流突然袭来让人措手不及，而是循序渐进地推送，确保读者有足够的时间去消化吸收。这种精心设计的学习曲线，极大地降低了C语言初学者的入门门槛，让人感觉学习过程是稳定且可控的，而不是一次充满挫折的攀登。

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这本书的语言风格出乎意料地亲切和富有感染力，完全没有技术书籍常见的生硬和说教感。作者在讲解复杂概念时，经常会穿插一些行业内的趣闻轶事或者自己早期的编程“血泪史”，这让整个阅读过程充满了人情味。读起来感觉不像是在上课，更像是跟一位经验丰富的导师在私下交流，他不仅传授知识，更分享了心路历程和解决问题的“窍门”。这种对话式的写作风格，极大地缓解了学习过程中的焦虑感。当我遇到难以理解的部分时，作者仿佛能预判到我的困惑，并提前给出“你可能会想问……”的提示，并马上给出解答。这种处处体现出对读者体验关怀的设计，使得学习的动力能持续保持，让人愿意一页一页地翻下去，直到完成整个学习旅程。

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从技术细节的严谨性来看，这本书几乎无可挑剔，它展现了作者深厚的编程功底和对C语言标准的深刻理解。在处理指针运算、内存对齐和位操作这些C语言的“雷区”时，作者的处理方式非常老练和审慎。他没有回避这些难题，反而将其作为深入理解系统底层运作的绝佳切入点，并且用非常精确的术语和恰当的示例来阐述，避免了常见的误区和未定义行为。特别是在讲解标准库函数的使用时，不仅列出了函数原型，还详细解释了它们在不同编译环境下的潜在差异和兼容性问题，这种对细节的执着追求，让这本书的参考价值大大提升，它更像是一本字典兼顾教程的合体。对于有一定基础想要精进的读者来说，书中对效率优化和代码规范的探讨，提供了宝贵的视角，远超一般入门书籍的范畴。

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我必须得夸奖一下这本书在实践操作性上的深度挖掘。市面上很多教材侧重理论，一旦开始自己动手写代码就抓瞎了，但这本书显然吸取了这些教训。它提供的每一个练习和案例都不是那种“Hello World”级别的空洞演示，而是贴近实际应用场景的小项目。例如，书中对小型数据解析器、命令行工具的实现步骤讲解得非常详尽，从需求分析到代码实现，再到可能的错误处理，都给出了成熟的示范。更棒的是，作者在每个案例的结尾都会设置一个“挑战升级”环节，鼓励读者在现有代码的基础上进行扩展和优化，这极大地激发了我的主动探索欲望。通过跟随书中的案例一步步走下来，我不仅掌握了C语言的语法，更重要的是，我学会了如何将理论知识转化为可运行、可维护的实际软件，这对于职业发展而言是无价的经验积累。

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这本书的排版和插图设计真是让人眼前一亮，完全不像传统技术书籍那样枯燥乏味。色彩搭配得非常和谐，关键的代码示例部分更是用清晰的区块划分和醒目的字体突出显示，即便是初学者也能迅速抓住重点。我特别欣赏作者在讲解复杂概念时所采用的类比手法，比如把指针比作内存地址的“门牌号”，把内存管理比作图书馆的书架整理，这些生动的比喻让抽象的理论变得触手可及。阅读体验极佳，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳，这对于需要长时间对着屏幕学习的读者来说至关重要。而且，书中大量的流程图和数据结构的可视化展示，极大地帮助我理解了算法的执行过程，比起纯文字描述，这种图文并茂的讲解方式效率高出不止一个层次。书中对每一个代码块的解释都细致入微，不仅告诉你“这个函数是干什么的”，还会深入剖析“它是如何工作的，为什么要这样设计”，这种深层次的剖析让人受益匪浅，感觉自己不仅仅是在复制粘贴代码，而是在真正学习编程的思维方式。

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