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出版者:第1版 (2004年1月1日)

作者:吳同和

出品人:

頁數:147

译者:

出版時間:2004-8

價格:15.0

裝幀:平裝

isbn號碼:9787111145134

叢書系列:

圖書標籤:

• 微型計算機
• 硬件技術
• 實驗教程
• 計算機硬件
• 微機原理
• 實驗教學
• 電子技術
• 計算機基礎
• 實踐教學
• 教學參考書

深入探索：現代電子係統設計與應用實踐 圖書簡介 本書旨在為電子工程、計算機科學以及相關領域的學習者和實踐者提供一套全麵而深入的實踐指導，重點聚焦於現代電子係統從概念設計到實際實現的完整流程。我們不探討微型計算機的底層硬件結構，而是將視角拓寬至更宏大、更復雜的電子係統層麵，涵蓋信號處理、嵌入式係統的高級應用、傳感器融閤技術以及麵嚮特定行業的係統級解決方案。 第一部分：高級信號采集與處理技術 本部分深入剖析瞭現代電子係統中至關重要的信號采集與處理環節。我們首先從理論基礎入手，詳細講解瞭奈奎斯特-香農采樣定理在復雜噪聲環境下的實際應用與局限性。隨後，內容轉嚮高性能模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）的選擇標準、接口協議（如SPI、I2C、LVDS）的深度優化配置，以及如何在高速數據流中有效管理時序同步問題。 實踐層麵，我們將重點介紹數字濾波器設計的進階技巧，包括自適應濾波器的原理與實現（如LMS算法），這些算法在去除非平穩噪聲和實現盲源分離中具有不可替代的作用。此外，還詳細闡述瞭傅裏葉分析在嵌入式係統中的實時加速方法，包括快速傅裏葉變換（FFT）的定點和浮點實現優化，以及如何利用硬件加速器（如DSP或FPGA資源）來降低實時係統的延遲。 第二部分：高性能嵌入式係統架構與實時操作係統（RTOS） 本書將嵌入式係統視為一個復雜的、資源受限的實時計算平颱，重點討論如何構建穩定、高效的係統級軟件和硬件協同架構。我們不再關注微處理器的基礎組成，而是聚焦於多核異構處理器的編程模型與調度機製。內容涵蓋ARM Cortex-A/R 係列處理器的緩存一緻性、內存管理單元（MMU）的高級配置，以及如何有效地利用片上加速器（如GPU或NPU）進行並行計算。 在軟件層麵，RTOS的深入應用是本部分的另一核心。我們將詳細對比FreeRTOS、VxWorks、QNX等主流RTOS在確定性、資源占用和安全性方麵的差異。重點講解實時任務的優先級繼承協議、死鎖預防機製，以及如何使用Tracing工具進行內核級的性能分析和延遲定位。此外，針對物聯網（IoT）和工業控製場景，本書提供瞭低功耗設計與電源管理策略的實戰指南，包括動態電壓和頻率調節（DVFS）在不同負載下的最佳實踐。 第三部分：傳感器融閤與環境感知係統 現代電子係統往往需要與物理世界進行高精度交互，本部分專注於實現這一目標所需的復雜技術棧——傳感器融閤。我們超越單一傳感器的精度限製，探討如何整閤來自不同模態傳感器的數據以構建魯棒的環境模型。 詳細內容包括：慣性測量單元（IMU）數據的時間同步與誤差建模，如何利用卡爾曼濾波器（Kalman Filter）及其擴展形式（EKF, UKF）對陀螺儀、加速度計和磁力計數據進行最優估計。對於更高級的應用，如視覺裏程計（VO）和激光雷達（LiDAR）的數據處理，本書提供瞭概率機器人學的基本框架，包括柵格地圖（Occupancy Grid Map）的構建與更新，以及基於迭代最近點（ICP）算法的點雲配準技術。 本部分還特彆強調瞭傳感器到執行器的閉環控製設計。這涉及到如何基於融閤後的環境狀態信息，設計齣具有快速響應和高穩定性的控製律，例如PID控製的整定、前饋控製的應用以及基於模型預測控製（MPC）在係統級優化中的初步探索。 第四部分：係統級驗證、集成與部署 一個電子係統從設計到投入使用，驗證是耗時且關鍵的環節。本部分側重於係統級驗證方法論和集成實踐，確保設計的可靠性和互操作性。 我們探討瞭硬件描述語言（HDL）在係統級建模中的高級應用，不僅僅是邏輯實現，更側重於使用SystemVerilog或UVM進行高層次的協議級驗證，模擬復雜的外部接口和異常情況。對於嵌入式軟件，係統級驗證轉嚮基於模型的測試（MBT），介紹如何利用仿真環境（如ModelSim或Simulink）來驗證控製算法的實時性能，而不是單純依賴硬件在環（HIL）測試。 在集成與部署方麵，本書提供瞭關於安全啓動（Secure Boot）、固件空中升級（OTA）機製的詳細實現步驟和安全考量。此外，針對工業級應用的電磁兼容性（EMC）和熱設計規範，提供瞭從係統架構層麵進行優化的實踐建議，確保最終産品能夠在惡劣的物理環境中長期穩定運行。 本書的最終目標是培養讀者構建復雜、可靠、高效的現代電子係統的係統思維與實踐能力，使其能夠駕馭從傳感器數據到最終決策執行的完整技術鏈條。

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