具体描述
单片机的应用非常广泛，本书以应用最广的8051单片机为例，由浅入深地阐述程序的结构、设计技巧与解决方法。
本书提供给读者许多汇编程序设计的例程，列出了许多程序的设计方法，并阐述其设计结构与意义，希望读者通过它能融会贯通，奠定日后软件思想基础及提高软件设计能力。
本书对初学者有很好的指导作用，也适合现阶段从事嵌入式系统的设计人员参考之用。
本书繁体字版原书名为《8051单片机嵌入式系统入门与实务应用》，由文魁资讯股份有限公司出版。版权属赖麒文所有。本书简体字中文版由文魁资讯股份有限公司授权科学出版社独家出版。未经本书原版出版者和本书出版者书面许可，任何单位和个人均不得以任何形式或任何手段复制或传播本书的部分或全部。
深度解析：现代嵌入式系统开发与前沿技术 本书聚焦于当前嵌入式系统领域最核心、最前沿的技术栈与实践方法，旨在为工程师和高级爱好者提供一个全面、深入的学习路径，使其能够驾驭复杂的多核、低功耗以及实时操作系统（RTOS）驱动的开发项目。 本书内容横跨硬件接口设计、高级软件架构、物联网（IoT）安全通信以及前沿的人工智能（AI）在边缘侧的部署。我们刻意避开了对特定单一微控制器系列的深度汇编级编程细节（例如对特定8位或16位架构的深入讲解），而是将重点放在了通用、可迁移的先进嵌入式设计范式上。 --- 第一部分：现代嵌入式系统架构与高性能微处理器（MPU/MCU） 本部分深入探讨了当前主流的32位及64位嵌入式处理器架构，包括ARM Cortex-A系列在嵌入式Linux环境下的应用，以及高性能Cortex-M系列的系统级芯片（SoC）设计。 第一章：高性能处理器内核与流水线优化 详细分析了乱序执行（OoO）、分支预测（Branch Prediction）等现代CPU技术如何影响实时性与能效比。重点讨论了内存一致性模型（Memory Consistency Models）以及缓存一致性协议（Cache Coherency Protocols），这些是构建多核并发系统的基石。我们将使用RISC-V ISA作为辅助工具，理解现代精简指令集的设计哲学，而非仅仅停留在特定的汇编语法层面。 第二章：片上系统（SoC）的互连与总线结构 本书深入研究了高性能片上系统的核心：片上总线（On-Chip Bus）。内容包括AMBA 4/5（AXI/ACE）协议的精髓，如何设计高效的仲裁器（Arbitrator）和桥接器（Bridge）以最小化延迟。此外，还涵盖了直接内存访问（DMA）的高级配置，包括散点-收集（Scatter-Gather）模式在数据密集型应用中的优化应用。 第三章：异构计算与加速器集成 现代嵌入式设备越来越依赖专用加速硬件。本章全面解析了如何有效集成和驱动图形处理单元（GPU）、数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）。重点讨论了软件层面对硬件加速的抽象和调度机制，如OpenCL或特定厂商的专用API，确保应用代码的平台可移植性。 --- 第二部分：实时操作系统（RTOS）与系统级并发编程 本部分聚焦于如何构建健壮、可预测的实时系统，远远超出了基础任务调度的范畴。 第四章：先进RTOS内核与时间度量 对比分析了FreeRTOS、Zephyr等主流RTOS在内存占用、确定性延迟方面的差异。核心内容是优先级继承协议（Priority Inheritance Protocols）、最大锁等待时间分析（Maximum Blocking Time Analysis），以及如何使用时间分区（Time Partitioning）技术来隔离关键和非关键任务，确保功能安全（Functional Safety）。 第五章：并发编程的现代范式 摒弃了传统的基于锁（Mutex/Semaphore）的低效同步方式，本书推崇无锁（Lock-Free）和无等待（Wait-Free）的数据结构设计。详细介绍了基于原子操作（Atomic Operations）和内存屏障（Memory Barriers）的环形缓冲区（Ring Buffer）和并发队列的实现，以及如何利用C++20的并发特性来编写更安全、更易维护的多线程代码。 第六章：嵌入式驱动模型与内核交互 针对Linux和类Unix环境下的嵌入式应用，深入讲解了设备树（Device Tree）的结构化描述，以及如何高效地编写内核模块（Kernel Modules）与用户空间进行通信。重点讨论了异步I/O（AIO）和事件驱动（Epoll/kqueue）模型在提升系统响应速度中的作用。 --- 第三部分：前沿连接性、安全与能效设计 本部分关注嵌入式设备在真实世界部署中面临的挑战：网络安全和电池寿命管理。 第七章：物联网（IoT）安全框架与固件更新 安全不再是附加项，而是核心设计要素。本章探讨了信任根（Root of Trust, RoT）的构建，包括安全启动（Secure Boot）流程。重点分析了硬件安全模块（HSM）的使用，以及空中固件更新（OTA）的原子性、差分升级和加密验证机制，确保设备生命周期内的安全性。 第八章：高效网络协议栈与边缘计算 涵盖了低功耗广域网（LPWAN）如LoRaWAN和NB-IoT的协议栈特性。在IP网络方面，本书专注于DTLS/TLS在资源受限设备上的优化实现，以及如何利用MQTT/CoAP等轻量级协议进行数据传输。同时，探讨了边缘计算（Edge Computing）中数据预处理和模型推理的架构选择。 第九章：能源采集与超低功耗设计 本书深入研究了功耗剖析（Power Profiling）的技术，从示波器级别的电流测量到软件层的功耗模型构建。详细介绍了动态电压与频率调节（DVFS）的高级策略，以及如何结合周期性唤醒（Wake-up Scheduling）和间歇性操作（Intermittent Computing）技术，实现从电池或能量采集系统的极端能效管理。 --- 总结与展望 本书旨在培养读者从系统级而非单一芯片的角度思考嵌入式问题。通过对高级架构、并发机制、安全标准和能效策略的全面覆盖，读者将能够胜任开发下一代智能、安全且高效的嵌入式产品。本书提供的知识体系是跨平台、面向未来技术趋势的，强调的是设计原理与工程实践的融合。
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