维修电工基本技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:金盾出版社

作者:王志强

出品人:

页数:326

译者:

出版时间:2000-1-1

价格:12.00

装帧:平装

isbn号码:9787508210223

丛书系列:

图书标签:

• 维修电工
• 电工基础
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• 实操
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• 电路维修
• 电工技术
• 技能提升

现代数字系统设计与实现 面向对象编程与软件工程实践 第一章 绪论：从硬件到软件的飞跃 本章首先概述了现代电子系统从纯粹的硬件实现向软硬件结合、高度依赖软件定义的复杂系统演进的宏大背景。我们将深入探讨数字电路设计流程的变革，重点介绍软件在系统功能实现中所扮演的核心角色。系统描述语言（如 VHDL/Verilog）虽然是硬件描述，但其设计范式越来越接近软件工程的结构化和模块化思想。 我们将对比传统的基于门电路和触发器的设计方法与现代基于微处理器、FPGA 和 ASIC 的系统级设计。强调在面对日益增长的系统复杂度时，抽象层次的提升是必然趋势。系统性能不再仅仅依赖于晶体管的物理特性，而是更多地取决于算法的效率和软件架构的合理性。 本章还将初步介绍面向对象编程（OOP）的基本概念，并阐述为何 OOP 范式成为构建大型、可维护数字系统软件层的首选工具。我们将探讨封装、继承和多态在描述复杂的硬件接口、通信协议栈以及控制逻辑时的巨大优势。 第二章 C++ 语言深度解析：系统级编程的基石 本章将全面、深入地剖析 C++ 语言，重点关注其在嵌入式系统、高性能计算以及硬件抽象层（HAL）开发中的高级特性。我们不会停留在基础语法层面，而是聚焦于那些直接影响系统性能和稳定性的关键要素。 内存管理与性能优化： 详述栈（Stack）与堆（Heap）的精确机制，智能指针（`std::unique_ptr`, `std::shared_ptr`）在资源安全管理中的应用，以及何时需要手动管理内存以达到极致的运行时效率。讨论内存对齐、缓存局部性对CPU性能的影响。 模板元编程（TMP）与泛型设计： 深入研究 C++ 模板的编译期计算能力，如何利用 TMP 实现零开销的抽象，例如设计通用的数据结构、类型检查工具以及编译期配置系统，这在固件升级和硬件版本兼容性处理中至关重要。 并发与并行编程： 系统级应用往往涉及多任务并行执行。本章详细介绍 C++11 后的标准库并发特性，包括 `std::thread`, 互斥量（Mutexes）、条件变量（Condition Variables）以及原子操作（Atomic Operations）。重点分析在多核异构架构中如何正确地避免数据竞争和死锁。 异常处理与错误恢复机制： 探讨在资源受限的嵌入式环境中，异常（Exceptions）的性能开销与使用规范。设计健壮的错误码系统和基于 RAII（资源获取即初始化）原则的错误恢复策略。 第三章 软件工程：从代码到可靠产品的流程 本章将视角从语言特性转向软件开发方法论，探讨如何构建一个可维护、可扩展的软件工程体系，以支撑复杂的数字产品。 需求分析与架构设计： 介绍如何将物理层面的技术指标（如通信速率、延迟要求）转化为清晰的软件需求规格说明（SRS）。重点学习分层架构设计，如经典的 OSI 模型在软件协议栈中的映射，以及如何在高抽象层定义清晰的接口（API）。 版本控制与持续集成（CI/CD）： 深入 Git 的高级用法，包括分支策略（如 Git Flow）、代码审查（Code Review）的实践。讲解如何搭建自动化构建、测试和部署流水线（Pipeline），确保每次代码提交都能快速反馈集成质量，这对于需要快速迭代的固件和驱动程序开发至关重要。 单元测试、集成测试与仿真： 强调测试驱动开发（TDD）在驱动程序和算法实现中的应用。讨论如何使用 Mocking 和 Stubbing 技术隔离软件模块，进行纯软件环境下的单元测试。介绍系统级测试的策略，包括硬件在环（HIL）仿真测试平台的设计与搭建。 代码质量保证： 引入静态分析工具（如 Clang-Tidy, Coverity）和动态分析工具（如 Valgrind）的使用，用于发现潜在的内存泄漏、未定义行为和性能瓶颈。讨论编码规范（如 Google C++ Style Guide）的建立与强制执行。 第四章 操作系统基础与嵌入式实时系统（RTOS） 数字系统的复杂性往往要求操作系统的介入。本章聚焦于嵌入式和资源受限环境下的操作系统原理及应用。 内核架构与调度： 阐述单核与多核操作系统的基本结构，包括进程与线程的区别、上下文切换的机制。深入研究不同的调度算法（如固定优先级、轮转、最短剩余时间优先），并分析它们对系统实时性指标（如最大延迟、抖动）的影响。 内存管理单元（MMU）与虚拟内存： 讲解 MMU 如何实现地址翻译、保护不同进程的内存空间。在资源受限的嵌入式系统（可能使用 MPU 替代 MMU）中，如何进行有效的内存保护和碎片整理。 实时性保证： 这是与通用操作系统最大的区别。详细分析中断延迟、任务切换延迟的来源与量化方法。介绍实时操作系统的核心机制，如信号量、消息队列、事件标志等 IPC 机制的正确使用，以确保关键任务的确定性执行。 驱动模型与 HAL 设计： 探讨如何设计平台无关的硬件抽象层（HAL）。分析设备驱动程序的生命周期，包括初始化、数据传输和中断处理。学习如何将特定硬件的中断服务程序（ISR）安全、高效地与上层应用解耦。 第五章 通信协议栈与网络化系统 现代数字系统几乎都要求与外部世界进行高效、可靠的通信。本章聚焦于协议栈的设计与软件实现。 底层数据链路与物理层接口： 介绍常见串行通信协议（如 UART, SPI, I2C）的软件实现细节，包括如何通过中断或 DMA（直接内存存取）高效地进行数据收发，以解放 CPU 资源。 TCP/IP 协议栈的定制与优化： 探讨在嵌入式设备上实现轻量级 TCP/IP 协议栈（如 LwIP）的挑战。重点分析数据包的封装与解封装过程，以及如何通过优化 Socket 编程（如使用非阻塞 I/O 或 AIO）来提高吞吐量和响应速度。 可靠性与错误检测： 深入研究 CRC 校验、错误重传机制（如滑动窗口协议）在软件层面的实现。讨论如何设计健壮的握手协议来应对网络的不稳定性和数据丢失。 高层应用协议： 分析面向物联网（IoT）和控制系统的应用层协议，如 MQTT、CoAP 或定制的二进制协议。重点讲解协议状态机的设计与实现，确保在网络状态变化时系统能够正确恢复连接和数据一致性。 第六章 高级算法与系统优化 本章关注于如何通过软件算法优化，以提升系统在特定约束条件下的整体性能。 数字信号处理（DSP）基础与软件实现： 介绍有限脉冲响应（FIR）和无限脉冲响应（IIR）滤波器的原理，以及如何在软件中高效地实现傅里叶变换（FFT）。讨论定点运算与浮点运算的选择，以及如何利用 SIMD 指令集（如 NEON）进行向量化加速。 状态机设计与实现： 复杂的控制逻辑通常通过有限状态机（FSM）描述。本章将探讨使用 C++ 类和继承或使用结构化数据驱动的方式来实现健壮且易于调试的状态机，特别是在处理复杂的协议切换或故障恢复流程时。 资源受限环境下的数据结构选择： 讨论在 RAM 和 Flash 空间受限时，如何权衡使用哈希表、B 树等高级数据结构与简单数组或链表的效率。研究位域（Bit Fields）的使用以节省内存空间。 能效优化： 在电池供电设备中，软件对功耗有决定性影响。分析如何通过智能调度、低功耗模式管理（Clock Gating, Power Gating）以及优化代码执行路径来最小化平均功耗。 附录：常用工具链与交叉编译 本附录提供了一个实用的指南，介绍如何配置和使用 GCC/Clang 编译器进行交叉编译，连接目标硬件的调试器（如 GDB 配合 OpenOCD），以及使用 Makefiles 或 CMake 构建复杂的、多模块的工程项目。

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