ARM應用係統開發詳解 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:李駒光等編

出品人:

頁數:289

译者:

出版時間:2003-12

價格:24.0

裝幀:平裝

isbn號碼:9787302073611

叢書系列:

圖書標籤:

• 嵌入式
• CS
• ARM
• 嵌入式係統
• 應用開發
• 係統編程
• Linux
• 匯編
• C語言
• 硬件
• 實踐
• 開發詳解

圖書簡介：現代嵌入式係統設計與實踐——基於RISC-V架構的深入探索 第一章：嵌入式係統基礎與發展趨勢 本書旨在全麵、深入地探討現代嵌入式係統的設計原理、關鍵技術與前沿發展。在物聯網（IoT）、人工智能（AI）以及邊緣計算日益普及的今天，嵌入式係統已不再是簡單的微控製器應用，而是集成瞭復雜計算能力、網絡通信和實時響應的智能終端。 1.1 嵌入式係統的定義與演進： 詳細界定嵌入式係統的範疇，從早期的8位、16位微控製器到如今的32位乃至64位多核處理器係統。重點分析馮·諾依曼結構與哈佛結構的優劣及其在嵌入式場景中的適用性。 1.2 關鍵技術棧概述： 介紹嵌入式係統開發所需的核心知識體係，包括硬件選型、固件編程、操作係統選擇（如裸機、RTOS、Linux）以及係統級調試方法。 1.3 行業熱點與未來趨勢： 深入剖析安全啓動（Secure Boot）、低功耗設計（Ultra-Low Power Design）、異構計算（Heterogeneous Computing）在下一代嵌入式設備中的應用前景。討論AIoT（人工智能物聯網）對嵌入式計算能力提齣的新要求。 第二章：RISC-V架構的深度解析與實踐 RISC-V作為一種開放、免費、可擴展的指令集架構（ISA），正以前所未有的速度滲透到各個嵌入式領域。本書將以此為核心，提供一套完整的、基於RISC-V生態的開發流程。 2.1 RISC-V ISA基礎： 詳盡闡述RV32I/RV64I基礎整數指令集，包括寄存器組織、定長指令格式、訪存指令（Load/Store）及算術邏輯單元（ALU）操作。重點區分Load/Store架構與傳統CISC架構的差異及其對編譯器和硬件設計的影響。 2.2 擴展指令集與特權級： 深入探討M（Machine Mode）、S（Supervisor Mode）和U（User Mode）等特權級的設計，以及C（壓縮指令）、F/D（浮點運算）、V（嚮量處理）等標準擴展指令集的應用場景。分析如何利用這些擴展來優化特定領域的性能（如DSP或機器學習推理）。 2.3 RISC-V工具鏈的構建與使用： 詳細指導讀者如何從源碼編譯和配置GNU Compiler Collection (GCC) 或 LLVM/Clang，生成針對特定RISC-V核（如SiFive E/S係列或國內主流廠商的內核）的交叉編譯工具鏈。掌握Linker Script（鏈接腳本）的編寫，確保代碼和數據的正確映射到物理地址空間。 2.4 內存管理單元（MMU）與虛擬內存： 對於運行Linux等復雜操作係統的RISC-V平颱，重點講解MMU的頁錶機製、TLB（Translation Lookaside Buffer）的工作原理，以及操作係統如何通過MMU實現進程隔離和內存保護。 第三章：嵌入式操作係統的選擇與移植 一個穩定、高效的操作係統是復雜嵌入式應用成功的基石。本章側重於裸機編程基礎之上，嚮實時操作係統（RTOS）和嵌入式Linux過渡的實踐。 3.1 裸機編程與中斷服務程序（ISR）： 闡述RISC-V中斷控製器（PLIC/CLINT）的架構，如何通過嚮量錶（Vector Table）實現高效、低延遲的中斷處理。編寫第一個“點燈”程序，並逐步擴展至定時器中斷和外部事件中斷。 3.2 實時操作係統（RTOS）選型與內核移植： 選取FreeRTOS或Zephyr等主流RTOS為例，詳細講解其上下文切換機製、任務調度算法（如優先級繼承、時間片輪轉）。指導讀者如何根據特定的RISC-V SoC（System-on-Chip）平颱，完成RTOS的啓動代碼和時鍾驅動的移植工作。 3.3 嵌入式Linux的啓動流程與驅動開發： 深入解析基於RISC-V的嵌入式Linux啓動鏈：Bootloader（如U-Boot）的初始化、設備樹（Device Tree Source, DTS）的作用、內核的解壓縮與初始化。重點講解如何使用標準化的驅動模型（如Platform Driver、Char/Block/Net Device Driver）來編寫和注冊新的硬件驅動程序。 第四章：片上係統（SoC）架構與硬件交互 嵌入式係統的性能和功耗往往受限於SoC的架構設計。本章聚焦於理解和操作底層硬件資源。 4.1 SoC內部結構剖析： 介紹現代RISC-V SoC常見的組成部分，包括高性能核（如RV64GC）、低功耗核、專用加速器、片上總綫（如AXI/TileLink）以及各種外設控製器。 4.2 外設寄存器級編程： 以通用異步收發器（UART）、通用定時器（GPT）和通用輸入輸齣（GPIO）為例，展示如何直接通過內存映射I/O（MMIO）對硬件寄存器進行讀寫操作。分析位操作（Bit Manipulation）在配置硬件時的關鍵作用。 4.3 內存映射與緩存一緻性： 討論RISC-V架構下的緩存（Cache）層次結構（L1/L2）。解釋D-Cache和I-Cache的作用，並闡述在多核或DMA（直接內存訪問）場景下，如何通過特定的係統指令（如`fence`指令）來保證內存訪問的一緻性。 4.4 DMA控製器的高效應用： 講解DMA的工作原理，如何利用DMA繞過CPU進行高速數據傳輸（如網絡數據包、傳感器數據采集），從而顯著提升係統吞吐量並降低CPU負載。 第五章：係統級調試、性能分析與功耗優化 成功的嵌入式項目離不開嚴格的調試和精細的性能調優。 5.1 硬件調試接口與JTAG/OpenOCD： 詳細介紹JTAG/SWD接口在嵌入式開發中的核心地位。指導讀者配置OpenOCD等開源工具，實現對RISC-V內核的非侵入式調試，包括斷點設置、單步執行、寄存器和內存查看。 5.2 軟件調試進階：GDB遠程調試： 結閤RISC-V GDB Server，演示如何在IDE中設置復雜的數據結構監視點和條件斷點。分析棧迴溯（Stack Backtrace）在定位死鎖和遞歸溢齣問題中的應用。 5.3 係統性能剖析（Profiling）： 介紹使用性能計數器（Performance Monitors）和硬件事件來收集程序運行數據。重點講解如何利用Linux下的`perf`工具對RISC-V係統調用、中斷延遲和緩存未命中率進行量化分析。 5.4 低功耗設計策略： 針對電池供電設備，分析不同操作模式下的功耗來源（動態功耗與靜態功耗）。講解如何利用RISC-V的電源管理規範（PMP/PLIC配閤SoC PMU）實現深度睡眠（Deep Sleep）、時鍾門控（Clock Gating）和電壓調節（DVFS），從而最大限度延長設備續航時間。 本書內容聚焦於RISC-V生態下的係統級、底層驅動和操作係統移植的深度技術實踐，旨在培養讀者構建高性能、高可靠性、高能效比的下一代嵌入式係統的能力。

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