微型計算機係統與接口 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:清華大學齣版社

作者:趙雁南

出品人:

頁數:472

译者:

出版時間:2005-1-1

價格:36.00

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787302099215

叢書系列:

圖書標籤:

• 清華計算機
• 微型計算機
• 計算機係統
• 接口技術
• 硬件
• 數字邏輯
• 匯編語言
• 8086
• 微處理器
• 計算機組成原理
• 嵌入式係統

《嵌入式係統設計與開發實戰》 內容簡介： 本書旨在為讀者提供一套全麵且深入的嵌入式係統設計與開發實戰指南。本書內容緊密結閤當前嵌入式技術的發展趨勢，從基礎理論到高級應用，覆蓋瞭嵌入式係統從硬件選型、軟件架構、驅動開發、中間件集成到係統優化調試的完整生命周期。本書強調理論與實踐相結閤，通過大量的案例分析和代碼示例，幫助讀者掌握解決實際嵌入式開發問題的能力，為從事嵌入式開發工作的技術人員、學生以及相關領域的愛好者提供一份寶貴的參考。 第一部分：嵌入式係統基礎理論與架構 本部分將為讀者構建堅實的嵌入式係統理論基礎，深入剖析嵌入式係統的本質、特點以及關鍵組成部分。 第一章 嵌入式係統概述： 1.1 什麼是嵌入式係統？ 詳細介紹嵌入式係統的定義、特點（如專用性、實時性、可靠性、功耗低、體積小等），並列舉其在各個領域的廣泛應用（如消費電子、工業控製、汽車電子、醫療設備、通信網絡、物聯網等），幫助讀者建立對嵌入式係統的宏觀認知。 1.2 嵌入式係統的組成 深入解析嵌入式係統的基本構成，包括嵌入式處理器（MCU/MPU）、存儲器（RAM/ROM/Flash）、輸入/輸齣設備、通信接口、電源管理模塊以及操作係統（RTOS）或裸機環境。 1.3 嵌入式係統開發流程 介紹典型的嵌入式係統開發流程，從需求分析、係統設計、硬件選型、軟件開發、集成調試到産品發布和維護，讓讀者瞭解項目開發的整體脈絡。 1.4 嵌入式係統發展趨勢 探討當前嵌入式技術的熱點和未來發展方嚮，如物聯網（IoT）、人工智能（AI）在嵌入式領域的應用、低功耗設計、安全性增強、軟件定義硬件等。 第二章 嵌入式處理器選型與架構： 2.1 微控製器（MCU） 詳細介紹MCU的內部結構（CPU核心、存儲器、外設接口）、常見指令集架構（如ARM Cortex-M係列、RISC-V），以及不同係列MCU的特性和適用場景。 2.2 微處理器（MPU） 介紹MPU與MCU的區彆，重點講解基於ARM Cortex-A係列等高性能MPU的架構，包括CPU、MMU、Cache、總綫接口等，以及其在復雜嵌入式係統中的應用。 2.3 片上係統（SoC） 解釋SoC的概念，介紹其集成度高、功能豐富的特點，以及典型的SoC設計與應用，例如用於智能手機、平闆電腦等高端嵌入式設備。 2.4 處理器選型指南 提供一套實用的處理器選型方法論，從項目需求、性能指標、功耗預算、成本考量、生態係統支持等多個維度進行分析，幫助讀者做齣明智的硬件選擇。 第三章 嵌入式操作係統（RTOS）原理與應用： 3.1 RTOS概述 闡述RTOS的核心概念、作用以及與通用操作係統的區彆，強調其在實時性、並發性、資源管理等方麵的優勢。 3.2 RTOS核心組件 詳細介紹RTOS的關鍵組成部分，包括任務管理（創建、調度、同步、通信）、內存管理、設備驅動框架、中斷處理、定時器管理等。 3.3 常見RTOS分析 分析幾款主流RTOS的特點和應用，例如FreeRTOS、RT-Thread、VxWorks、Zephyr等，通過對比其API、功能和適用場景，幫助讀者選擇適閤自己項目的RTOS。 3.4 RTOS移植與配置 介紹RTOS在目標硬件上的移植過程，包括配置內核參數、驅動適配、建立闆級支持包（BSP）等。 3.5 RTOS開發實踐 提供在RTOS環境下進行多任務編程的技巧，包括任務間的通信機製（消息隊列、信號量、事件標誌組）、同步機製、優先級繼承等，以及如何編寫健壯的RTOS應用程序。 第二部分：嵌入式硬件接口與通信 本部分將帶領讀者深入瞭解嵌入式係統中常見的硬件接口原理，以及如何進行高效可靠的數據通信。 第四章 嵌入式存儲器接口： 4.1 存儲器類型 講解嵌入式係統中常用的存儲器類型，包括SRAM、DRAM、Flash（NAND/NOR）、EEPROM等，分析它們的讀寫原理、時序特性和性能指標。 4.2 存儲器接口原理 深入剖析SRAM、DRAM、NOR Flash、NAND Flash等與處理器之間的接口時序和總綫協議，講解地址綫、數據綫、控製綫的時序配閤。 4.3 SDRAM/DDR SDRAM接口 詳細介紹SDRAM和DDR SDRAM的內部結構、讀寫命令、刷新機製，以及與處理器的接口設計，包括引腳定義、時鍾要求、阻抗匹配等。 4.4 Flash存儲器接口 講解NOR Flash和NAND Flash的接口特性、擦寫機製、壞塊管理，以及如何通過SPI、QSPI、Parallel等接口與處理器連接。 4.5 存儲器接口調試 提供在硬件設計和調試過程中，如何排查存儲器接口問題的實用技巧，包括信號完整性分析、時序違例檢查等。 第五章 通用輸入/輸齣（GPIO）與中斷： 5.1 GPIO工作原理 詳細介紹GPIO的寄存器模型（輸入、輸齣、上拉/下拉、開漏/推挽配置），以及如何通過軟件控製GPIO的狀態。 5.2 GPIO應用實例 通過具體的實例，展示GPIO在LED控製、按鍵輸入、簡單信號輸入輸齣等方麵的應用。 5.3 中斷機製 闡述中斷的基本概念、中斷嚮量錶、中斷優先級、中斷服務程序（ISR）的編寫規範，以及中斷請求（IRQ）的産生和處理流程。 5.4 外部中斷 講解如何配置和使用外部中斷，包括觸發方式（邊沿/電平）、優先級設置、中斷屏蔽等，並提供按鍵中斷、外部事件觸發中斷等實例。 5.5 中斷與RTOS結閤 探討在RTOS環境下如何處理中斷，包括中斷與任務的交互、中斷優先級與任務優先級的關係、避免中斷服務程序中的復雜操作等。 第六章 串行通信接口： 6.1 UART/USART 詳細介紹UART（通用異步收發傳輸器）的工作原理，包括波特率、數據位、停止位、校驗位等參數的設置，以及RS-232、RS-485等標準。通過實際示例講解PC與嵌入式設備之間的串口通信。 6.2 SPI（Serial Peripheral Interface） 講解SPI總綫的工作原理，包括主從設備、時鍾極性（CPOL）、時鍾相位（CPHA）、數據傳輸方嚮，以及如何在嵌入式係統中連接SPI外設，如SPI Flash、SPI ADC/DAC等。 6.3 I2C（Inter-Integrated Circuit） 介紹I2C總綫的工作原理，包括主設備、從設備、地址尋址、ACK/NACK應答機製，以及如何在嵌入式係統中連接I2C設備，如I2C EEPROM、I2C傳感器等。 6.4 USB（Universal Serial Bus） 介紹USB協議的基本概念，包括主機、設備、傳輸類型（控製、批量、中斷、同步），以及在嵌入式係統中實現USB設備端或主機端的功能，例如USB轉串口、USB設備固件升級（DFU）等。 6.5 CAN（Controller Area Network） 深入講解CAN總綫的工作原理，包括幀格式、仲裁機製、錯誤處理，以及在汽車電子、工業自動化等領域的應用。 第七章 並行通信接口與數據采集： 7.1 並行接口原理 介紹並行接口的基本概念，包括數據總綫、地址總綫、控製信號，以及如何設計和使用並行接口進行數據傳輸。 7.2 並行ADC/DAC 詳細講解並行模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）的工作原理、轉換過程、精度和采樣率，以及如何將其集成到嵌入式係統中進行模擬信號的采集與輸齣。 7.3 並行顯示接口 介紹LCD、TFT等顯示屏的並行接口原理，包括數據接口、控製接口、時序要求，以及如何在嵌入式係統中驅動這些顯示設備。 第三部分：嵌入式軟件開發與係統優化 本部分將聚焦嵌入式軟件開發的關鍵技術，包括驅動程序開發、文件係統、網絡通信，以及係統性能優化和調試。 第八章 嵌入式驅動程序開發： 8.1 驅動程序概述 解釋驅動程序在嵌入式係統中的作用，以及其與硬件的緊密關係。 8.2 HAL（Hardware Abstraction Layer） 介紹HAL層的重要性，以及如何利用HAL層來提高代碼的可移植性和簡化硬件抽象。 8.3 裸機驅動開發 講解如何在裸機環境下編寫設備驅動程序，包括寄存器操作、中斷處理、DMA（Direct Memory Access）的使用。 8.4 RTOS驅動開發 探討在RTOS環境下如何編寫驅動程序，包括與RTOS內核的交互、綫程模型、同步機製在驅動開發中的應用。 8.5 常用外設驅動實例 提供GPIO、UART、SPI、I2C、定時器、ADC等常用外設的驅動程序開發實例，以及對第三方庫的調用和集成。 第九章 嵌入式文件係統： 9.1 文件係統概述 介紹文件係統的作用、基本概念（文件、目錄、inode、block），以及其在嵌入式係統中的重要性。 9.2 嵌入式文件係統類型 詳細介紹幾種常用的嵌入式文件係統，如FAT32、exFAT、JFFS2、UBIFS、YAFFS2、LittleFS等，分析它們的特點、適用場景和優缺點。 9.3 文件係統移植與集成 講解如何將文件係統移植到目標硬件上，包括文件係統的掛載、卸載、與塊設備驅動的集成。 9.4 文件係統使用與管理 提供在嵌入式應用中如何進行文件讀寫、目錄操作、文件信息查詢等操作的示例，以及文件係統的性能優化和數據持久化策略。 第十章 嵌入式網絡通信： 10.1 TCP/IP協議棧 深入講解TCP/IP協議棧的各層模型（應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層），以及TCP和UDP協議的區彆與應用。 10.2 嵌入式網絡接口 介紹以太網接口（MAC/PHY）、Wi-Fi模塊、藍牙模塊等在嵌入式係統中的集成與配置。 10.3 Socket編程 提供在嵌入式係統中進行TCP和UDP Socket編程的詳細指南，包括服務器端和客戶端的實現，以及常用的網絡服務（HTTP、MQTT）的構建。 10.4 無綫通信技術 介紹Zigbee、LoRa等低功耗廣域網（LPWAN）技術，以及NB-IoT、4G/5G等蜂窩通信技術在物聯網領域的應用。 10.5 網絡安全 探討嵌入式網絡通信中的安全問題，如數據加密、身份認證、訪問控製等，並介紹TLS/SSL等安全協議的應用。 第十一章 嵌入式係統調試與優化： 11.1 調試工具與技術 介紹常用的嵌入式調試工具，如JTAG/SWD調試器、邏輯分析儀、示波器、串口監視器等，以及在綫仿真（ICE）和斷點調試技術。 11.2 軟件調試方法 講解在軟件開發過程中常用的調試技巧，如日誌輸齣、代碼審查、單元測試、集成測試等。 11.3 性能分析與優化 介紹如何分析嵌入式係統的性能瓶頸，如CPU占用率、內存使用、響應時間等，並提供相應的優化策略，例如代碼優化、算法改進、硬件加速等。 11.4 功耗優化 講解嵌入式係統功耗的來源，以及如何通過軟件和硬件手段進行功耗優化，如低功耗模式、動態電壓頻率調整（DVFS）、智能喚醒等。 11.5 係統可靠性設計 探討如何提高嵌入式係統的可靠性，包括異常處理、錯誤恢復機製、看門狗（Watchdog）的應用、冗餘設計等。 第四部分：高級應用與案例研究 本部分將通過實際的案例分析，展示嵌入式係統在不同領域的應用，幫助讀者加深對書中知識的理解，並激發創新思維。 第十二章 物聯網（IoT）應用開發 12.1 物聯網係統架構 介紹典型的物聯網係統架構，包括設備層、網關層、平颱層和應用層。 12.2 傳感器數據采集與傳輸 演示如何使用各種傳感器（如溫濕度傳感器、光照傳感器、加速度計）采集數據，並通過Wi-Fi或LoRa等無綫技術傳輸到雲平颱。 12.3 雲平颱集成 介紹如何將嵌入式設備與主流的物聯網雲平颱（如阿裏雲IoT、AWS IoT、Azure IoT）進行對接，實現數據的存儲、分析和可視化。 12.4 智能傢居與工業物聯網案例 提供具體的智能傢居控製係統或工業設備監控係統的開發案例，展示嵌入式技術在實際應用中的價值。 第十三章 嵌入式人工智能（Edge AI） 13.1 邊緣計算與AI 介紹邊緣計算的概念，以及將人工智能模型部署到嵌入式設備上的優勢。 13.2 嵌入式AI框架 講解常用的嵌入式AI框架，如TensorFlow Lite、PyTorch Mobile、ncnn等，以及如何進行模型轉換和優化。 13.3 視覺識彆與語音識彆 通過實例演示如何在嵌入式設備上實現圖像識彆（如人臉檢測、物體識彆）或語音識彆功能。 13.4 嵌入式AI開發流程 介紹從模型訓練到模型部署到嵌入式設備的完整流程，以及性能調優的技巧。 第十四章 嵌入式係統安全 14.1 嵌入式係統安全威脅 分析嵌入式係統麵臨的主要安全威脅，如固件篡改、數據泄露、網絡攻擊等。 14.2 安全硬件設計 介紹安全存儲、安全啓動（Secure Boot）、硬件加密模塊（如TPM）等安全硬件設計。 14.3 安全軟件開發 講解安全編碼實踐、輸入驗證、訪問控製、敏感數據加密等安全軟件開發技術。 14.4 安全通信協議 介紹TLS/SSL、DTLS等安全通信協議在嵌入式係統中的應用。 本書特色： 全麵性： 覆蓋嵌入式係統設計與開發的各個環節，內容翔實，結構清晰。 實踐性： 大量結閤實際項目案例，提供可運行的代碼示例，幫助讀者快速上手。 前沿性： 關注行業最新技術動態，如物聯網、嵌入式AI等，引領讀者把握技術發展趨勢。 易讀性： 語言通俗易懂，邏輯清晰，圖文並茂，適閤不同層次的讀者。 目標讀者： 高等院校計算機、電子信息、自動化等相關專業的學生。 從事嵌入式係統開發、硬件設計、軟件開發的工程師。 對嵌入式技術感興趣的創客和愛好者。 需要深入瞭解嵌入式係統原理與應用的IT從業者。 通過學習本書，讀者將能夠掌握嵌入式係統的核心技術，獨立完成嵌入式項目的軟硬件設計與開發，並在實際工作中解決復雜的技術問題，為未來的職業發展打下堅實的基礎。

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這本書的書名聽起來略顯陳舊，仿佛停留在上世紀末期的PC時代，我好奇它是否還涵蓋瞭現代雲計算和邊緣計算背景下的“微型係統”概念。我的興趣點在於，如何利用輕量級的、低功耗的計算單元（如某些專用的AI加速芯片或低功耗ARM SoC）來構建分布式計算節點。我希望看到書中對電源管理、熱設計功耗（TDP）的精細控製策略有所討論，以及如何在資源極其有限的環境下實現可靠的網絡連接（如低功耗藍牙Mesh或LoRaWAN）。如果這本書能夠將傳統的硬件知識與最新的低功耗、高密度集成趨勢相結閤，並探討在資源受限環境中如何進行安全啓動（Secure Boot）和固件更新（OTA），那麼它將對我理解下一代物聯網（IoT）基礎設施的構建至關重要。

评分☆☆☆☆☆

這本《微型計算機係統與接口》的標題聽起來非常硬核，直擊計算機底層架構與外設連接的核心。作為一個對硬件和底層編程有著濃厚興趣的愛好者，我原本期待能在這本書裏找到關於現代微處理器工作原理的深入剖析，比如流水綫技術、緩存一緻性協議的最新進展，以及如何高效地利用寄存器和內存模型來優化程序性能。我也希望能看到對主流微控製器架構（如ARM Cortex-M係列）的詳細介紹，包括其指令集、中斷處理機製以及實時操作係統（RTOS）的集成方式。更重要的是，接口部分應該能涵蓋最新的總綫技術，比如PCIe 5.0/6.0的電氣特性、SerDes技術，以及USB 4.0/Thunderbolt 5的協議棧解析，讓我能夠理解數據如何在高速、低延遲的環境下傳輸。如果能結閤一些實際的案例，比如如何設計一個高性能的FPGA加速器或者調試一個復雜的硬件故障，那就更完美瞭。這本書如果能涵蓋這些前沿和實踐性的內容，無疑會成為我案頭的必備參考書，幫助我跨越理論與工程實踐之間的鴻溝，真正掌握微型係統構建的精髓。

评分☆☆☆☆☆

作為一名側重於軟件開發的工程師，我更看重這本書在操作係統和驅動層麵的闡述。我希望它能詳細講解硬件抽象層（HAL）的設計哲學，以及操作係統內核如何管理中斷、調度任務和進行內存映射。特彆是關於設備驅動程序的編寫，我希望能看到針對特定總綫（如PCIe或SATA）的驅動程序結構解析，瞭解內核如何通過讀寫寄存器來控製設備，以及如何處理DMA（直接內存訪問）以避免CPU乾預帶來的性能損耗。此外，對於係統級的性能分析工具和方法論，如果書中有涉及，將會非常寶貴，例如如何使用性能計數器來診斷係統瓶頸。這本書如果能提供一個清晰的視角，讓我明白操作係統是如何在硬件和應用軟件之間架起一座高效且穩定的橋梁的，那麼它將極大地提升我進行係統級優化的能力。

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我對這本書的期待是，它能為我這個剛剛接觸嵌入式開發的初學者提供一個堅實的基礎，尤其是關於8051或更現代的樹莓派/Arduino平颱背後的原理。我希望能從頭開始學習，瞭解基本的數字邏輯電路如何構建成一個可編程的計算單元，比如CPU是如何從內存中取齣指令並執行的。對於“接口”的部分，我最關心的是如何通過簡單的I/O端口與傳感器、執行器進行通信，比如如何配置串行通信（UART）來發送和接收數據，或者使用SPI/I2C協議來讀取溫度或控製馬達。我希望書中的講解是循序漸進的，配有大量清晰的電路圖和代碼示例，最好是用C語言來闡述，這樣我能很快地將學到的知識應用到我的小項目中去。如果這本書能有效彌閤我現有的理論知識與動手實踐之間的差距，讓我能夠自信地焊接電路闆並燒錄固件，那它的價值就無可估量瞭。

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我更希望這是一本偏嚮於電子工程專業深度挖掘的教材，側重於微處理器設計和信號完整性的理論分析。我期待看到詳細的CMOS邏輯門工作原理，晶體管級彆的開關特性，以及對時序約束（Timing Constraints）的嚴格要求。在接口方麵，如果能深入講解高速信號的阻抗匹配、串擾分析以及眼圖測試的原理，那就太棒瞭。這意味著這本書將不僅僅停留在“如何使用”的層麵，而是會探究“為什麼這樣設計”的物理基礎。我需要瞭解數據手冊背後的數學模型和電磁兼容性（EMC）設計原則，這樣我纔能真正理解為什麼某些總綫需要復雜的端接電阻和保護電路。如果這本書能提供嚴謹的工程推導和實驗驗證方法，來支撐其對係統性能和穩定性的論斷，它將成為我進行硬件設計驗證的權威指南。

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