单片微型计算机与接口技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:电子工业出版社

作者:李群芳

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:2001-9-1

价格:19.0

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505370142

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 微型计算机
• 接口技术
• 嵌入式系统
• 电子技术
• 数字电路
• 8086
• 汇编语言
• 硬件设计
• 计算机原理

《现代嵌入式系统设计与实践》 内容简介 本书立足于当前信息技术快速发展的时代背景，深入探讨了嵌入式系统领域的理论基础、关键技术、设计方法与前沿应用。旨在为读者构建一个全面、系统且富有实践深度的知识框架，使读者能够掌握从底层硬件选型到上层软件架构设计的全流程能力，并能应对复杂工业控制、物联网（IoT）以及智能设备开发中的挑战。 第一部分：嵌入式系统基础理论与硬件架构 本部分首先对嵌入式系统的基本概念、发展历程和典型应用场景进行宏观概述。随后，我们将聚焦于构成嵌入式系统的核心——微处理器和微控制器（MCU）的原理。 1.1 嵌入式系统导论 系统阐述了嵌入式系统的定义、特征（如实时性、低功耗、专用性）及其在消费电子、汽车电子、工业自动化和医疗设备中的广泛应用案例。通过对比传统计算机系统，明确嵌入式系统的独特设计哲学和约束条件。 1.2 处理器核心架构解析 详细分析了主流处理器架构的内在机制，重点剖析 ARM Cortex-M 系列和 RISC-V 架构。内容涵盖指令集架构（ISA）的精髓、流水线技术、存储器管理单元（MMU/MPU）的工作原理。特别指出不同架构在功耗、性能和生态系统方面的权衡。 1.3 存储器系统设计 深入讲解了嵌入式系统中常用的存储器类型，包括易失性存储器（SRAM、DRAM）和非易失性存储器（Flash、EEPROM）。着重介绍存储器层次结构、访问时序、存储器保护机制，以及固化代码的加载与执行过程。 1.4 片上系统（SoC）与总线结构 解析片上系统（SoC）的集成化趋势，探讨片上不同功能模块（如CPU核、DSP、GPU、专用加速器）如何通过片上总线（如AXI、AHB、APB）高效协同工作。重点分析了总线仲裁、数据传输效率和一致性维护的挑战与解决方案。 1.5 传感器与执行器接口 本章详细介绍嵌入式系统如何与物理世界交互。系统讲解了各类传感器（温度、压力、惯性测量单元IMU等）的信号特性、数字化原理，以及常用模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的选型与精度考量。同时，深入研究各类执行器（如步进电机、伺服电机、功率驱动电路）的控制方法，特别是脉冲宽度调制（PWM）技术的精确应用。 第二部分：嵌入式软件开发与操作系统 本部分将从软件层面深入构建系统的可靠性和实时性，覆盖裸机编程到实时操作系统（RTOS）的移植与应用。 2.1 嵌入式C/C++编程与工具链 强调在资源受限环境下高效使用C/C++语言的技巧。内容包括嵌入式编程规范、 volatile 和 static 关键字的精确使用、位操作的优化、栈溢出防护策略，以及交叉编译工具链（Toolchain）的配置与使用。 2.2 驱动程序开发基础 系统介绍通用硬件接口的驱动开发流程，包括 GPIO 控制、中断服务程序（ISR）的设计与实现、定时器/计数器的配置与应用。强调中断处理的原子性、优先级继承和快速退出机制，确保系统的实时响应能力。 2.3 裸机编程与启动流程 详细剖析系统启动（Bootloader）的完整流程，从复位向量到初始化堆栈、时钟系统，直至跳转到主应用程序入口。通过实例演示如何实现一个精简、高效的裸机程序。 2.4 实时操作系统（RTOS）核心原理与应用 本章是软件篇的重点。深入讲解RTOS的核心概念，如任务（Task）管理、上下文切换、调度策略（如固定优先级、轮转、优先级继承协议）。详细分析了任务间通信与同步机制：信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）和事件标志组（Event Flags）的正确应用场景与死锁预防。以 FreeRTOS/RT-Thread 为例进行实战演示。 2.5 设备驱动模型与设备树（Device Tree） 介绍现代嵌入式Linux系统中的设备驱动架构（如字符设备、块设备、网络设备），重点讲解设备树（DT）在描述异构硬件配置中的作用，以及驱动程序如何通过DT获取资源信息，实现与操作系统的解耦。 第三部分：嵌入式系统通信与网络集成 本部分聚焦于嵌入式设备之间、设备与云端之间的高效、可靠数据交换技术。 3.1 短距离与片内通信协议 全面覆盖嵌入式领域最常用的串行通信协议：UART（异步串行通信）、SPI（高速同步串行接口）和 I2C（两线制总线）。讲解它们在数据速率、全双工/半双工、主从模式下的具体选型依据和编程实现细节。 3.2 工业与现场总线技术 重点介绍工业控制中广泛使用的现场总线技术，如 CAN（Controller Area Network） 及其在汽车和工业网络中的应用，包括报文结构、仲裁机制和错误处理。简要介绍EtherCAT或Profinet等更高速以太网控制协议的基本概念。 3.3 嵌入式网络与物联网（IoT）协议栈 深入讲解 TCP/IP 协议栈在嵌入式系统中的裁剪与实现（如 lwIP）。重点剖析物联网通信的核心协议：MQTT（轻量级消息传输协议）和 CoAP（受限应用协议）。探讨 TLS/SSL 在资源受限设备上的安全握手与数据加密挑战。 3.4 无线连接技术 对比分析低功耗无线技术，包括蓝牙（BLE 5.x）的连接模式、组网拓扑，以及 Wi-Fi 模块的集成与驱动。强调在设计过程中对功耗预算和空中接口稳定性的考量。 第四部分：系统设计、调试与质量保障 本部分关注嵌入式产品从概念到量产过程中的关键工程实践。 4.1 嵌入式系统软件架构设计 介绍常见的软件架构模式，如有限状态机（FSM）、循环/事件驱动模型（Super-Loop）和分层架构。指导读者如何根据需求（实时性、可维护性、可扩展性）选择合适的架构，并进行模块化设计。 4.2 硬件与软件协同设计 强调嵌入式开发中的硬件-软件接口定义（Schematic Review）。讨论固件更新机制（OTA/FOTA）的设计要点、硬件看门狗（Watchdog Timer）的配置与应用，以及电源管理单元（PMU）的软件控制策略。 4.3 高效调试与故障诊断 详细介绍硬件调试工具的使用：JTAG/SWD 接口的配置、断点设置、寄存器观察与内存映射查看。讲解逻辑分析仪和示波器在诊断串行通信错误和时序问题的实用技巧。 4.4 系统可靠性与安全加固 探讨嵌入式系统可靠性设计，包括异常处理、错误恢复机制。深入讨论嵌入式安全基础，如安全启动（Secure Boot）、代码签名验证、数据加密存储，以及防止固件逆向工程的基础防护措施。 结语 本书内容覆盖了当前嵌入式开发中的主流技术栈和工程实践，旨在培养读者独立分析问题、设计系统和快速原型实现的能力，为从事高级嵌入式开发、固件工程及物联网系统架构师的读者提供坚实的技术支撑。

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