ARM应用系统开发详解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:李驹光等编

出品人:

页数:289

译者:

出版时间:2003-12

价格:24.0

装帧:平装

isbn号码:9787302073611

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式
• CS
• ARM
• 嵌入式系统
• 应用开发
• 系统编程
• Linux
• 汇编
• C语言
• 硬件
• 实践
• 开发详解

图书简介：现代嵌入式系统设计与实践——基于RISC-V架构的深入探索 第一章：嵌入式系统基础与发展趋势 本书旨在全面、深入地探讨现代嵌入式系统的设计原理、关键技术与前沿发展。在物联网（IoT）、人工智能（AI）以及边缘计算日益普及的今天，嵌入式系统已不再是简单的微控制器应用，而是集成了复杂计算能力、网络通信和实时响应的智能终端。 1.1 嵌入式系统的定义与演进： 详细界定嵌入式系统的范畴，从早期的8位、16位微控制器到如今的32位乃至64位多核处理器系统。重点分析冯·诺依曼结构与哈佛结构的优劣及其在嵌入式场景中的适用性。 1.2 关键技术栈概述： 介绍嵌入式系统开发所需的核心知识体系，包括硬件选型、固件编程、操作系统选择（如裸机、RTOS、Linux）以及系统级调试方法。 1.3 行业热点与未来趋势： 深入剖析安全启动（Secure Boot）、低功耗设计（Ultra-Low Power Design）、异构计算（Heterogeneous Computing）在下一代嵌入式设备中的应用前景。讨论AIoT（人工智能物联网）对嵌入式计算能力提出的新要求。 第二章：RISC-V架构的深度解析与实践 RISC-V作为一种开放、免费、可扩展的指令集架构（ISA），正以前所未有的速度渗透到各个嵌入式领域。本书将以此为核心，提供一套完整的、基于RISC-V生态的开发流程。 2.1 RISC-V ISA基础： 详尽阐述RV32I/RV64I基础整数指令集，包括寄存器组织、定长指令格式、访存指令（Load/Store）及算术逻辑单元（ALU）操作。重点区分Load/Store架构与传统CISC架构的差异及其对编译器和硬件设计的影响。 2.2 扩展指令集与特权级： 深入探讨M（Machine Mode）、S（Supervisor Mode）和U（User Mode）等特权级的设计，以及C（压缩指令）、F/D（浮点运算）、V（向量处理）等标准扩展指令集的应用场景。分析如何利用这些扩展来优化特定领域的性能（如DSP或机器学习推理）。 2.3 RISC-V工具链的构建与使用： 详细指导读者如何从源码编译和配置GNU Compiler Collection (GCC) 或 LLVM/Clang，生成针对特定RISC-V核（如SiFive E/S系列或国内主流厂商的内核）的交叉编译工具链。掌握Linker Script（链接脚本）的编写，确保代码和数据的正确映射到物理地址空间。 2.4 内存管理单元（MMU）与虚拟内存： 对于运行Linux等复杂操作系统的RISC-V平台，重点讲解MMU的页表机制、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理，以及操作系统如何通过MMU实现进程隔离和内存保护。 第三章：嵌入式操作系统的选择与移植 一个稳定、高效的操作系统是复杂嵌入式应用成功的基石。本章侧重于裸机编程基础之上，向实时操作系统（RTOS）和嵌入式Linux过渡的实践。 3.1 裸机编程与中断服务程序（ISR）： 阐述RISC-V中断控制器（PLIC/CLINT）的架构，如何通过向量表（Vector Table）实现高效、低延迟的中断处理。编写第一个“点灯”程序，并逐步扩展至定时器中断和外部事件中断。 3.2 实时操作系统（RTOS）选型与内核移植： 选取FreeRTOS或Zephyr等主流RTOS为例，详细讲解其上下文切换机制、任务调度算法（如优先级继承、时间片轮转）。指导读者如何根据特定的RISC-V SoC（System-on-Chip）平台，完成RTOS的启动代码和时钟驱动的移植工作。 3.3 嵌入式Linux的启动流程与驱动开发： 深入解析基于RISC-V的嵌入式Linux启动链：Bootloader（如U-Boot）的初始化、设备树（Device Tree Source, DTS）的作用、内核的解压缩与初始化。重点讲解如何使用标准化的驱动模型（如Platform Driver、Char/Block/Net Device Driver）来编写和注册新的硬件驱动程序。 第四章：片上系统（SoC）架构与硬件交互 嵌入式系统的性能和功耗往往受限于SoC的架构设计。本章聚焦于理解和操作底层硬件资源。 4.1 SoC内部结构剖析： 介绍现代RISC-V SoC常见的组成部分，包括高性能核（如RV64GC）、低功耗核、专用加速器、片上总线（如AXI/TileLink）以及各种外设控制器。 4.2 外设寄存器级编程： 以通用异步收发器（UART）、通用定时器（GPT）和通用输入输出（GPIO）为例，展示如何直接通过内存映射I/O（MMIO）对硬件寄存器进行读写操作。分析位操作（Bit Manipulation）在配置硬件时的关键作用。 4.3 内存映射与缓存一致性： 讨论RISC-V架构下的缓存（Cache）层次结构（L1/L2）。解释D-Cache和I-Cache的作用，并阐述在多核或DMA（直接内存访问）场景下，如何通过特定的系统指令（如`fence`指令）来保证内存访问的一致性。 4.4 DMA控制器的高效应用： 讲解DMA的工作原理，如何利用DMA绕过CPU进行高速数据传输（如网络数据包、传感器数据采集），从而显著提升系统吞吐量并降低CPU负载。 第五章：系统级调试、性能分析与功耗优化 成功的嵌入式项目离不开严格的调试和精细的性能调优。 5.1 硬件调试接口与JTAG/OpenOCD： 详细介绍JTAG/SWD接口在嵌入式开发中的核心地位。指导读者配置OpenOCD等开源工具，实现对RISC-V内核的非侵入式调试，包括断点设置、单步执行、寄存器和内存查看。 5.2 软件调试进阶：GDB远程调试： 结合RISC-V GDB Server，演示如何在IDE中设置复杂的数据结构监视点和条件断点。分析栈回溯（Stack Backtrace）在定位死锁和递归溢出问题中的应用。 5.3 系统性能剖析（Profiling）： 介绍使用性能计数器（Performance Monitors）和硬件事件来收集程序运行数据。重点讲解如何利用Linux下的`perf`工具对RISC-V系统调用、中断延迟和缓存未命中率进行量化分析。 5.4 低功耗设计策略： 针对电池供电设备，分析不同操作模式下的功耗来源（动态功耗与静态功耗）。讲解如何利用RISC-V的电源管理规范（PMP/PLIC配合SoC PMU）实现深度睡眠（Deep Sleep）、时钟门控（Clock Gating）和电压调节（DVFS），从而最大限度延长设备续航时间。 本书内容聚焦于RISC-V生态下的系统级、底层驱动和操作系统移植的深度技术实践，旨在培养读者构建高性能、高可靠性、高能效比的下一代嵌入式系统的能力。

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