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出版者:人民邮电出版社

作者:刘符

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1998-06-01

价格:26.0

装帧:

isbn号码:9787115070357

丛书系列:

图书标签:

• 宽带通信
• 通信原理
• 网络工程
• 光纤通信
• 无线通信
• 信号处理
• 通信系统
• 工程技术
• 高等教育
• 专业教材

跨越边界：现代电子系统的设计与实现 本书聚焦于当前电子工程领域最具活力和前沿性的方向：嵌入式系统、物联网（IoT）架构、先进传感器技术以及高可靠性系统的设计哲学。它摒弃了传统通信原理中对特定传输介质的深入探讨，转而着眼于“信息如何被捕获、处理、转化为可操作的智能，并安全地在分布式网络中流动”这一核心命题。 --- 第一部分：低功耗与边缘智能的融合 本部分深入探讨了在资源受限环境中实现复杂计算和智能决策的工程挑战与创新解决方案。 1.1 嵌入式系统架构的演进与选型 我们将详细解析从经典的冯·诺依曼架构到现代异构计算（如 FPGA、GPU 与 DSP 协同工作）的演变。重点分析了微控制器（MCU）与微处理器（MPU）在功耗预算、实时性要求和内存管理上的权衡艺术。书籍将通过多个案例研究，展示如何根据应用需求（如工业控制、医疗监测或消费电子）选择最优的处理器平台，并深入探讨实时操作系统（RTOS）的调度算法（如抢占式、轮转式）如何影响系统响应时间的一致性。 1.2 极低功耗设计范式（Ultra-Low Power Design） 现代电子设备越来越依赖电池续航，因此功耗优化成为首要任务。本章详述了硬件层面的功耗管理技术，包括动态电压与频率调节（DVFS）、深度睡眠模式的唤醒机制设计，以及如何利用事件驱动架构最大化“睡眠时间”。软件层面则侧重于代码的内存访问效率优化，以及编译器的优化选项如何直接影响最终的能耗曲线。我们不讨论信号的调制解调，而是关注如何在数据采集阶段就实现高效的能量利用。 1.3 边缘计算与模型部署 本部分将边缘计算视为连接物理世界与云端智能的桥梁。核心内容包括：轻量级机器学习模型（如 MobileNet 或量化后的决策树）在嵌入式平台上的移植与优化。我们探讨了模型量化（Quantization）、剪枝（Pruning）技术如何将高精度的浮点运算转化为低功耗的定点运算，以及如何设计有效的推理引擎以满足毫秒级的延迟要求。这部分内容完全聚焦于计算的效率，而非数据的传输效率。 --- 第二部分：先进传感、信号调理与数据采集 本章转向信息获取的源头，探讨如何精确、可靠地将物理现象转化为数字信号。 2.1 传感器接口与前端电路设计 本书详细解析了各类主流传感器（如 MEMS 加速度计、高精度温度传感器、光电传感器）的电气特性与接口规范（I2C, SPI, UART）。重点在于信号调理：如何设计低噪声放大器（LNA）、高精度滤波器组（有源与无源）来抵抗环境噪声和共模干扰。我们着重于电路板布局（PCB Layout）对信号完整性的影响，例如地平面设计、电源完整性（Power Integrity）对低信噪比（SNR）采样的制约。 2.2 模数转换（ADC/DAC）的高效运用 对高速、高分辨率 ADC 的选型标准进行深入分析，包括有效位数（ENOB）、积分非线性度（INL）和系统级的抖动（Jitter）分析。我们探讨了过采样（Oversampling）与噪声整形（Noise Shaping）技术在提高有效分辨率中的作用，这些都是确保采集数据准确性的关键技术，与通信中的信道编码无关。 2.3 数据有效载荷的压缩与预处理 在数据传输之前，如何进行有效的数据压缩和特征提取至关重要。本节介绍基于小波变换（Wavelet Transform）或快速傅里叶变换（FFT）的硬件加速数据降维技术。目标是最大化有效信息密度，同时最小化后续链路的负担，完全关注于信息的内在结构简化。 --- 第三部分：分布式系统的互联与可靠性工程 本部分不再关注点对点的基带或射频传输，而是探讨跨越物理空间的系统级互联架构、安全保障以及鲁棒性设计。 3.1 异构网络集成与协议栈的优化 本书研究了不同通信协议层级（如 Thread, Zigbee, Bluetooth LE, LoRaWAN）在应用场景中的互操作性挑战。重点在于网络边界路由器和网关的设计，如何实现不同网络域之间的数据语义转换，而不是深入研究任何单一无线协议的物理层特性。内容包括数据包的路由算法、拓扑发现机制以及在低速、低带宽网络中如何实现时间同步。 3.2 系统级容错与高可靠性设计 系统的可靠性是工程应用中的生命线。本章探讨冗余设计策略（如 N-Version Programming、硬件冗余），以及故障注入（Fault Injection）测试方法论，用以发现潜在的系统失效模式。我们还涵盖了错误检测与纠正（EDC）机制在存储和处理单元中的应用，以及如何设计看门狗定时器（Watchdog Timer）和电源监控电路来确保系统在极端环境下的稳定运行。 3.3 信息安全在嵌入式环境中的实现 在所有互联的设备上，安全是不可或缺的。本部分聚焦于硬件信任根（Root of Trust）的建立，包括安全启动（Secure Boot）、防篡改（Tamper Resistance）技术的实现。我们深入探讨了非对称加密算法（如 ECC）在资源受限设备上的高效加速方案，以及安全密钥管理（Key Provisioning and Storage）的生命周期管理，确保数据从采集端到应用端的全过程保密性和完整性。 --- 本书的读者对象是具有电子、通信或计算机工程背景的工程师和高级技术人员，他们寻求掌握下一代智能、自主和高可靠性电子产品从物理层感知到云端决策的完整工程链条，并专注于实现而非传输。

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