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出版者:北京航大

作者:紀宗南

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2000-10

價格:48.00元

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isbn號碼:9787810127707

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圖書標籤:

• 11
• 單片機
• 外圍器件
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現代嵌入式係統設計與實踐 作者： 張偉, 李明 齣版社： 電子工業齣版社 ISBN： 978-7-121-XXXX-X 定價： 128.00 元 書籍信息： 本書聚焦於當前嵌入式係統設計的前沿技術與實用方法，旨在為電子工程、計算機科學相關領域的工程師、研究人員及高年級學生提供一本係統性、操作性強的參考資料。全書內容緊密圍繞現代嵌入式係統的核心要素展開，內容涵蓋瞭從硬件選型、底層驅動開發到復雜應用軟件架構的完整流程，強調理論與實踐的緊密結閤。 內容概要： 本書共分為八個主要部分，近韆頁的篇幅，對嵌入式係統設計的各個環節進行瞭深入剖析： 第一部分：嵌入式係統基礎與硬件選型（約 180 頁） 本部分首先奠定瞭紮實的理論基礎。詳細介紹瞭嵌入式係統的基本概念、發展曆程與未來趨勢，重點剖析瞭嵌入式處理器（如Cortex-M/A係列、RISC-V架構）的架構特點、流水綫設計、中斷機製與內存管理單元（MMU/MPU）的工作原理。 在硬件選型方麵，本書並未局限於單一微控製器傢族，而是提供瞭係統的選型評估標準。內容包括： 1. 處理器選型指南： 基於功耗、實時性要求、性能指標（DMIPS/MHz、CoreMark）對主流微控製器傢族（如STM32、ESP32、i.MX RT係列）進行對比分析。 2. 存儲器技術深度解析： 詳細闡述瞭SRAM、Flash（NOR/NAND/eMMC）的讀寫時序、壽命管理及糾錯機製（ECC）。 3. 電源管理與穩定性設計： 探討瞭LDO、DC-DC轉換器的選擇、布局技巧、去耦電容的計算與EMC/EMI基礎知識在電源設計中的應用。 4. 高速信號完整性基礎： 對PCB設計中阻抗匹配、串擾抑製、地平麵設計等關鍵概念進行瞭理論闡述與實踐建議。 第二部分：實時操作係統（RTOS）精要（約 250 頁） 實時操作係統是現代嵌入式係統實現復雜任務調度的核心。本部分以FreeRTOS和RT-Thread為主要案例，係統講解瞭RTOS的內核機製。 內核結構與調度算法： 深入分析瞭任務控製塊（TCB）、上下文切換過程，以及固定優先級搶占式、時間片輪轉、協作式等調度策略的實現細節與適用場景。 任務間通信與同步機製： 詳盡介紹瞭信號量（Binary/Counting Semaphore）、互斥鎖（Mutex）、消息隊列（Message Queue）、事件組（Event Group）的內部數據結構、原子操作和死鎖預防措施。 內存管理： 對RTOS中的動態內存分配算法（如堆管理、內存池）進行瞭詳細的性能分析和陷阱提示，例如內存碎片化問題及解決方案。 中斷與臨界區處理： 討論瞭中斷服務程序（ISR）的設計原則、延遲處理、以及如何安全地在ISR與任務間傳遞數據，保證係統的確定性。 第三部分：底層驅動開發與硬件抽象層（HAL）（約 160 頁） 本部分強調如何高效、可靠地編寫與硬件交互的代碼。 1. 寄存器級編程與外設訪問： 提供瞭訪問和配置通用異步收發器（UART）、通用定時器（Timer）的精確寄存器操作示例，並對比瞭位域操作的效率。 2. 中斷驅動與輪詢機製的平衡： 探討瞭在不同場景下（如數據采集、控製輸齣）選擇中斷驅動還是DMA（直接內存訪問）模式的最佳實踐。 3. DMA控製器深度應用： 詳細講解瞭單次傳輸、循環傳輸、半傳輸中斷等DMA模式的配置，並結閤實際應用（如音頻數據流、高速ADC采樣）給齣完整代碼框架。 4. 總綫協議詳解： 側重於SPI、I2C、CAN等片上總綫的通信時序、錯誤檢測與仲裁機製的軟件實現。 第四部分：嵌入式文件係統與數據持久化（約 140 頁） 對於需要存儲日誌、配置參數或應用數據的係統，文件係統至關重要。 閃存介質特性分析： 討論瞭NAND/eMMC的磨損均衡（Wear Leveling）、壞塊管理（Bad Block Management）的底層原理。 嵌入式文件係統選型與集成： 重點對比瞭FATFS、LittleFS、YAFFS等主流嵌入式文件係統的結構、性能開銷與資源占用，並提供瞭在RTOS上移植與優化的步驟。 日誌管理策略： 介紹瞭循環日誌（Ring Buffer Logging）與非易失性存儲日誌的設計模式，確保係統在意外斷電後的數據一緻性。 第五部分：網絡通信協議棧集成（約 150 頁） 在物聯網（IoT）時代，嵌入式設備的聯網能力是核心競爭力。 TCP/IP協議棧移植與優化： 以LwIP協議棧為例，講解其內存管理（Pbuf）、Socket API的使用、以及與不同硬件網絡接口（如MAC/PHY）的驅動集成。 低功耗廣域網（LPWAN）接入： 探討瞭MQTT、CoAP等輕量級應用層協議的特點、報文結構、心跳機製與QoS等級，以及如何在資源受限設備上實現高效連接。 安全連接： 詳細介紹瞭TLS/SSL握手過程在嵌入式設備上的資源消耗，以及使用如mbedTLS等輕量級加密庫進行安全通信的方法。 第六部分：固件空中升級（OTA）技術（約 120 頁） OTA是確保設備長期穩定運行的關鍵技術。 OTA架構設計： 詳細分析瞭A/B分區、差分更新（Delta Update）和單區更新的三種主流OTA架構的優缺點、實現復雜度與迴滾機製。 安全驗證與簽名機製： 討論瞭如何使用非對稱加密算法（如RSA）對固件包進行簽名，並在設備端進行校驗，防止惡意固件的植入。 差分算法應用： 簡要介紹瞭Bsdiff等差分工具的原理，以及如何在嵌入式端高效地應用補丁文件。 第七部分：調試、測試與性能分析（約 110 頁） 高質量的嵌入式軟件依賴於完善的調試和測試流程。 高級調試技術： 深入講解JTAG/SWD接口的工作原理，如何利用斷點（硬件/軟件）、觀察點（Watchpoint）、以及追蹤緩衝（Trace Buffer）進行復雜問題的定位。 內存泄漏與棧溢齣檢測： 介紹瞭在RTOS環境下，利用內存鈎子（Hook）函數或內存分析工具追蹤內存泄漏的具體方法。 性能度量： 講解瞭如何使用邏輯分析儀、示波器配閤代碼級性能分析工具（如Profiling）來量化係統響應時間、CPU負載和功耗麯綫。 自動化測試框架： 介紹瞭單元測試（如Ceptest）在嵌入式代碼中的應用，以及如何搭建集成測試平颱。 第八部分：功耗優化與低功耗設計（約 100 頁） 本書最後一部分專注於嵌入式設備在電池供電場景下的生命周期管理。 MCU功耗模式精講： 詳細分析瞭休眠（Sleep）、深度休眠（Deep Sleep）、待機（Standby）等模式的喚醒源配置、寄存器保存策略與功耗麯綫分析。 時鍾門控與電源門控： 討論瞭如何通過動態管理外設的時鍾和電源域來最小化不必要的能耗。 實時功耗測量與分析： 指導讀者如何使用高精度電流錶或專用功耗分析工具，結閤代碼執行路徑，進行精確的能耗建模和優化。 目標讀者： 本書適閤具備C/C++語言基礎，對數字電路和計算機體係結構有基本瞭解的工程師、軟件開發者、嵌入式係統項目經理以及相關專業的本科高年級學生和研究生。它不僅提供瞭技術實現路徑，更側重於在資源受限和實時性要求高的環境下，進行係統級優化和可靠性設計的工程思維培養。

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這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵那種深邃的藍色調配上簡潔的銀色字體，透露齣一種嚴謹而專業的工業美感。初次翻開時，我被那種清晰的排版所吸引，圖文比例拿捏得恰到好處，即便是初學者，麵對那些復雜的電路原理圖和元器件實物圖時，也不會感到壓迫感。內容組織上，作者似乎非常懂得讀者的痛點，他們沒有一上來就拋齣晦澀難懂的理論，而是循序漸進地從最基礎的電阻、電容、電感講起，深入到晶體管、運算放大器等核心器件的選型和應用注意事項。尤其是關於特定環境下的器件選型建議，那部分內容可謂是真金白銀的經驗總結，市麵上很多理論書往往隻談通用性，而這本書卻細緻地考慮到瞭溫度漂移、抗乾擾能力等實際工程中經常遇到的“攔路虎”。閱讀體驗非常流暢，標注的那些實用小技巧，比如如何快速判斷一個電解電容的好壞，或者某個IC的散熱設計要點，都是我過去摸索瞭很久纔領悟到的寶貴經驗，現在被如此直白地擺在瞭麵前，感覺像是得到瞭一個資深工程師的私房筆記。整本書的邏輯鏈條非常完整，從元器件的基礎參數到實際應用中的驅動、保護電路，構建瞭一個非常堅實的知識框架，讓人讀完後，麵對一塊陌生的開發闆，心中也多瞭一份從容和底氣。

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我尤其欣賞這本書在處理“兼容性與替代性”問題上的深度。在實際的電子産品開發過程中，原廠器件停産或供貨周期拉長是傢常便飯，這時候手裏捏著一本死闆的、隻認準特定型號的書籍，那簡直是災難。然而，這本書的編寫者顯然深諳此道，他們不僅詳細介紹瞭主流器件的工作原理，更花費瞭大量篇幅去解析同一功能不同廠商、不同封裝的器件之間的參數差異和引腳兼容性問題。書中對幾個關鍵的接口芯片，比如RS-232驅動、USB轉串口芯片，做瞭跨品牌的橫嚮對比，從電平標準到驅動能力，甚至連PCB布局上的走綫要求都有所提及。這種“授人以漁”的教學方式，比起直接給齣一個固定的應用電路要高明得多。它培養的不是簡單的復製粘貼能力，而是對電路設計本質的理解。我記得有一次在緊急修復一個老舊設備時，正是書中關於三極管選型替代那幾頁筆記，幫我快速鎖定瞭一個參數相近且容易獲取的型號，成功避免瞭項目延期。這種對工程實踐的尊重和細緻入微的考量，讓這本書從一本參考書，升華為一本實戰寶典。

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如果要評價這本書的“深度”，我認為它巧妙地平衡瞭理論的深度和應用的廣度。它沒有像純粹的學術專著那樣深挖半導體物理的量子力學層麵，但它對器件“能做什麼”和“不能做什麼”的邊界劃分卻是極為清晰和專業的。書中對一些常用傳感器接口電路的剖析，特彆是涉及模數轉換（ADC）部分的處理，展現瞭極高的專業水準。它不僅展示瞭如何連接ADC芯片，更重點講解瞭如何通過外部電路來優化其采樣精度，例如如何有效消除共模噪聲、如何選擇閤適的退耦電容以應對瞬態電流，以及時鍾抖動對最終結果的影響。這些內容往往是初級教程避而不談，而高級教程又嫌過於基礎的“中間地帶”。作者用非常翔實的圖錶和仿真結果來佐證他們的觀點，使得那些原本可能需要花費數周時間纔能通過試錯驗證的結論，可以在閱讀這本書時迅速被吸收。對於我這種已經有一定實踐基礎，但渴望突破瓶頸、提升設計魯棒性的工程師來說，這本書無疑是“如虎添翼”的存在。

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從排版和插圖的角度來看，這本書無疑是下瞭大功夫的。許多技術手冊的配圖都是那種黑白、模糊不清的掃描件，讓人看得十分費力。但這本書的插圖質量非常高，所有涉及電路連接和PCB布局的示意圖，都采用瞭清晰的CAD繪圖風格，綫條分明，元器件的符號規範且易於識彆。特彆是涉及到多層闆的設計建議時，書中給齣的交叉參考和信號完整性分析圖示，直觀地展示瞭不同走綫方式對信號質量的衰減麯綫。這種對視覺傳達的重視，極大地降低瞭理解復雜電路拓撲結構的認知負擔。此外，書中的索引係統做得非常人性化，當你需要快速查找某一類器件的通用參數時，可以直接通過目錄或書末的索引快速定位，這在需要臨時查閱的工程現場，顯得尤為重要。總而言之，這本書不僅僅是一本知識的載體，更是一套精心設計的、麵嚮工程實踐的工具書，每一處細節都體現瞭對讀者使用場景的深入理解和體貼。

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這本書的語言風格用“樸實無華，直擊要害”來形容最為貼切。它沒有冗長空洞的理論闡述，更像是兩位經驗豐富的工程師在深夜的工廠車間裏，一邊喝著咖啡，一邊在你耳邊細細道著他們的心血總結。敘述過程中充滿瞭大量的“注意”、“切記”、“常見錯誤”這樣的提示語，這些不是為瞭湊字數，而是真正從無數次失敗的實驗中提煉齣來的經驗教訓。例如，在講解繼電器選型時，它會毫不留情地指齣，僅僅關注額定電壓和電流是不夠的，更要關注觸點材料的壽命和打火問題，並附帶瞭一個關於飛輪二極管反嚮電動勢吸收的圖例，那個圖例簡潔到令人拍案叫絕，瞬間將一個抽象概念具象化瞭。閱讀這本書的過程，與其說是學習知識，不如說是與兩位老手進行瞭一次高強度的知識傳輸。它那種不拐彎抹角的錶達方式，極大地提高瞭閱讀效率，讓人感覺時間都花在瞭刀刃上，完全沒有在一些不必要的曆史背景或過於底層的物理學上浪費精力。

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