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出版者:DERSON

作者:Sawert, Brian

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:1998-3

价格:$ 50.84

装帧:

isbn号码:9780201185386

丛书系列:

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芯片级架构解析：嵌入式系统内存管理与高级驱动开发实践 本书旨在为资深嵌入式系统工程师和固件开发者提供一本深入、实用的技术指南，专注于揭示现代微控制器和SoC内部内存子系统的复杂运作机制，并指导读者掌握高性能、可靠的设备驱动程序设计与调试技巧。 --- 第一部分：深度剖析内存系统架构 (The Anatomy of Memory Subsystems) 本部分将带你超越操作系统的抽象层面，直接深入到芯片的物理内存架构中，理解硬件如何协同工作以实现高效的数据存取。 第1章：现代微控制器内存拓扑与寻址策略 1.1 内存异构性： 详细分析SRAM、Flash（NOR/NAND）、外部SDRAM（如LPDDR4）在系统中的物理布局、访问时序特性与能耗模型。探讨片上缓存（Cache）层级结构（L1指令/数据缓存、L2/L3共享缓存）的工作原理，包括缓存一致性协议（如MESI/MOESI）在多核/多处理单元系统中的实现细节。 1.2 地址空间管理与MMU/MPU的交汇点： 深入解析内存管理单元（MMU）如何将虚拟地址转换为物理地址，重点讲解页表（Page Table）的结构、TLB（Translation Lookaside Buffer）的缓存机制及其对性能的影响。对于资源受限的微控制器，详述内存保护单元（MPU）的配置，如何通过设置不同的访问权限（Read/Write/Execute）来隔离关键任务和用户空间代码，确保系统稳定性。 1.3 启动序列与内存初始化： 跟踪系统上电复位（POR）后，固件（Bootloader）如何识别、初始化并映射外部内存资源（如DDR控制器时序校准），以及如何设置初始的内存保护区域。 第2章：高性能内存访问技术与时序优化 2.1 总线架构与仲裁机制： 探讨片上总线（如AHB, AXI, TileLink）的结构，分析仲裁器（Arbiter）如何处理并发的内存请求，以及突发传输（Burst Transfer）的效率优化。重点剖析AXI协议中的读写通道握手机制与QoS（Quality of Service）设置。 2.2 DMA控制器的高级应用： 超越基础的内存到内存复制，深入讲解如何配置多通道DMA，实现复杂的、跨总线的、零拷贝（Zero-Copy）数据传输。探讨链式描述符（Linked List Descriptors）的使用，以处理大于单个传输单元的数据流，并实现自动错误处理与中断通知。 2.3 内存访问时序的固件级调优： 教授如何根据数据手册中的访问时序图（Access Timing Diagrams），量化计算内存延迟，并针对关键代码路径（如实时数据处理循环）进行内存访问模式重构，以最小化等待时间。 --- 第二部分：固件级驱动开发与抽象层设计 (Firmware Driver Engineering) 本部分聚焦于如何基于对硬件的深刻理解，设计出模块化、可移植、且能充分发挥硬件性能的底层驱动程序。 第3章：面向寄存器的硬件抽象层（HAL）设计 3.1 结构化寄存器访问： 介绍如何使用C语言的`volatile`关键字、位域（Bit-fields）和宏定义，构建清晰、类型安全的硬件寄存器访问接口。对比直接指针操作与专用的访问函数库，分析其在性能、可读性及编译器优化上的差异。 3.2 原子操作与并发控制： 在没有完整操作系统支持的环境下，如何通过对特定寄存器位的读-改-写操作（Read-Modify-Write）序列进行保护。讲解使用硬件提供的原子操作指令（如Load-Exclusive/Store-Exclusive或特定CPU指令集）来实现无锁（Lock-free）的并发数据结构，确保驱动程序在中断和高优先级任务间的安全运行。 3.3 状态机驱动的设备初始化： 将复杂的设备（如复杂的电源控制器或高速接口）初始化过程建模为状态机。指导读者如何编写健壮的状态转换逻辑，并在每个关键步骤中植入自检（Self-Test）和超时检测机制。 第4章：中断管理与实时性保证 4.1 中断控制器（GIC/NVIC）的深度配置： 详细解析中断向量表（Vector Table）的设置、优先级分组（Grouping）与嵌套层次。讨论如何平衡中断延迟与处理器的执行效率。 4.2 延迟敏感型中断处理： 区分顶半部（Top Half，快速处理关键同步工作）与底半部（Bottom Half，延迟可接受的工作，如数据拷贝或队列处理）。实践高效的下半部实现技术，如工作队列（Work Queue）的轻量级替代方案（如软件中断或专用的轮询线程）。 4.3 资源抢占与锁定机制： 在中断服务程序（ISR）中，如何安全地访问被其他上下文（如主循环或高优先级任务）共享的全局资源。深入探讨自旋锁（Spinlocks）的正确使用场景，以及在嵌入式实时性要求极高时，如何通过暂时禁用/允许中断来替代复杂的互斥锁。 --- 第三部分：高级调试、验证与性能分析 (Advanced Debugging and Validation) 本部分强调从“能跑”到“跑得好、跑得稳定”的转变，专注于采用专业工具和技术来发现和解决固件中的隐形缺陷。 第5章：硬件调试接口的高级应用 5.1 JTAG/SWD的进阶利用： 不仅仅是断点和单步执行。指导读者如何利用调试探针的追踪缓冲区（Trace Buffer，如ETM/ITM）捕获执行流，分析关键代码路径的实际执行时间。学习如何远程读取目标设备的内存和寄存器状态，即使在系统崩溃后也能进行事后分析。 5.2 协议分析与硬件眼（Hardware Eyes）： 讲解如何结合逻辑分析仪或示波器，将软件事件（如中断触发、DMA完成）与物理电平信号同步观察。如何通过监测特定I/O引脚的脉冲宽度来验证定时代码的准确性。 5.3 错误注入与鲁棒性测试： 设计测试框架，主动在运行时注入硬件异常（如总线错误、内存访问冲突），或通过修改关键寄存器值来模拟外部干扰，以验证驱动程序的错误恢复和容错能力。 第6章：内存相关问题的诊断与修复 6.1 栈溢出与堆碎片化分析： 教授在没有操作系统工具的情况下，如何通过手动扫描栈空间、标记堆内存边界，来定位栈溢出和堆内存泄漏。实现一个轻量级的内存调试层，用于运行时检测越界访问。 6.2 缓存污染与同步问题排查： 当发现数据在内存中正确，但在CPU处理时数据陈旧时，如何判断是缓存未写回（Write-back）还是缓存未失效（Invalidation）导致的。指导读者如何使用编译器内置函数或汇编指令来手动刷新或使使缓存区域失效。 6.3 性能瓶颈的量化分析： 介绍基于事件计数的性能分析方法。如何利用专用的硬件性能计数器（Performance Counters）来测量Cache Miss率、TLB Miss率以及总线冲突次数，从而将性能优化从“猜测”转变为基于数据的科学决策。 --- 本书适用于： 具备中级C语言基础和对微处理器架构有基本认知的工程师。特别推荐给从事实时操作系统移植、复杂外设驱动开发（如高速ADC、网络控制器）以及需要进行芯片级性能调优的专业人员。阅读本书后，你将能够自信地设计出接近裸机极限性能的、具有高度可靠性的嵌入式软件组件。

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我一直对计算机底层技术充满好奇，尤其是那些决定着数据传输效率和系统稳定性的接口技术。在我对 SCSI 技术进行深入研究的时候，《The Programmer's Guide to SCSI》这本书成为了我不可或缺的伙伴。这本书的独特之处在于，它并非只是一个简单的技术参考手册，而更像是一本详尽的 SCSI 技术解析。作者以一种非常严谨的态度，深入探讨了 SCSI 协议的设计哲学和实现细节。我尤其欣赏书中关于 SCSI 总线上的握手（Handshake）过程的讲解，它清晰地展示了数据是如何在发起设备（Initiator）和目标设备（Target）之间进行同步和有序传输的。书中对 SCSI 命令集的详细分类和解释，包括那些用于数据读写（READ/WRITE）、设备管理（INQUIRY, MODE SENSE/SELECT）和错误处理（REQUEST SENSE）的命令，都为我提供了宝贵的编程指导。此外，书中对 SCSI 传输模式的深入分析，特别是对不同 SCSI 标准（如 Fast SCSI, Wide SCSI, Ultra SCSI）的性能对比，以及对电缆长度、终端电阻等物理层因素的考量，都为我理解如何构建高性能的 SCSI 系统提供了重要的理论依据。我记得书中对 SCSI 错误报告（SCSI Error Reporting）机制的详细介绍，包括各种错误码的含义和相应的处理策略，这对于构建健壮的 SCSI 系统至关重要。这本书的内容之全面，覆盖了 SCSI 协议的方方面面，为我打下了坚实的 SCSI 技术基础，也让我对硬件与软件之间的协同工作有了更深刻的认识。

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在我参与的一个项目中，我们需要实现对一种定制化高性能存储设备的深度集成。当时，我们面临的最大挑战是如何高效地与该设备进行数据交互，而 SCSI 技术无疑是实现这一目标的首选方案。《The Programmer's Guide to SCSI》这本书，就像是一份宝贵的“通关秘籍”，为我们解决了许多棘手的技术难题。这本书的优点在于，它能够从不同的角度去解读 SCSI 技术，既有宏观的协议概述，也有微观的命令细节。我尤其欣赏书中关于 SCSI 设备的分类以及不同类型设备（如磁盘驱动器、磁带驱动器、扫描仪）的特定命令集的讲解。这使得我们能够根据设备的实际功能，选择最合适的命令来执行操作。书中对 SCSI 传输模式的详细阐述，特别是同步数据传输（Synchronous Data Transfer）和异步数据传输（Asynchronous Data Transfer）的对比和优化，为我们提升数据传输效率提供了重要的理论指导。此外，书中关于 SCSI 设备的寻址（Addressing）和识别（Identification）的讲解，也为我们构建一个能够同时管理多个 SCSI 设备的系统提供了基础。我记得书中对 SCSI 介质更换（Medium Changer）设备的介绍，这对于需要管理多个存储介质（例如磁带库）的系统来说，提供了非常实用的编程思路。这本书的内容之详实，让我能够深入到 SCSI 协议的每一个细节，也让我对硬件与软件之间的协同工作有了更深刻的认识。

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我一直认为，掌握一项核心技术，关键在于对其底层原理的透彻理解，而《The Programmer's Guide to SCSI》恰恰在这方面做到了极致。这本书并非仅仅是罗列 SCSI 命令和参数，而是将 SCSI 的整个生命周期，从初始化到数据传输，再到错误处理，都进行了系统性的梳理。作者以一种非常清晰的逻辑，层层递进地介绍了 SCSI 总线的拓扑结构、仲裁机制、握手过程以及各种传输模式（如同步、异步）。对于我这种对细节有偏执追求的程序员来说，这种严谨的态度和深入的解析无疑是巨大的福音。书中对 SCSI 命令集的分类和解释，也并非简单的堆砌，而是结合了实际应用场景，例如，如何有效地使用 INQUIRY 命令获取设备信息，如何通过 TEST UNIT READY 命令检查设备状态，以及如何针对不同的存储介质（如硬盘、磁带机、CD-ROM）选择合适的命令。我尤其欣赏书中关于命令队列（Command Queuing）和标签（Tagging）的讲解，这对于提升 SCSI 设备的并发处理能力至关重要。通过理解这些机制，我能够在开发驱动程序时，设计出更高效、更具响应性的数据流。此外，书中对 SCSI 错误代码的详细解释，以及相应的处理策略，也为我解决实际项目中遇到的各种问题提供了宝贵的参考。很多时候，一个看似微小的错误，可能隐藏着复杂的底层原因，而这本书就像一把钥匙，帮助我准确地定位问题所在。这本书的价值在于，它教会了我“如何思考” SCSI，而不是简单地“如何使用” SCSI，这种思维方式的培养，对于任何一个想要深入理解硬件交互的程序员来说，都是无价的。

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在我从事嵌入式系统开发的早期阶段，经常需要与各种高性能的存储设备打交道。那个时候，SCSI 技术是连接这些设备的主要接口之一。《The Programmer's Guide to SCSI》这本书，就像是我手中的一份宝贵地图，指引我深入了解 SCSI 的世界。这本书最让我印象深刻的是其对 SCSI 协议的深入剖析，它不仅仅是命令集的堆砌，更侧重于解释这些命令背后的逻辑和运作方式。我特别喜欢书中关于 SCSI 连接建立过程的讲解，包括总线的初始化、设备的发现（Discovery）以及仲裁（Arbitration）机制，这些都为理解 SCSI 如何在复杂的总线环境中工作提供了清晰的框架。书中对 SCSI 命令的详细分类和解释，特别是那些用于配置和控制存储设备的功能，如 MODE SENSE/SELECT、FORMAT UNIT、REASSIGN BLOCK 等，都为我编写高效的驱动程序提供了直接的帮助。此外，书中对 SCSI 传输模式的深入分析，包括同步数据传输（Synchronous Data Transfer）和异步数据传输（Asynchronous Data Transfer）的优缺点，以及如何通过协商来选择最佳的传输模式，为我优化数据传输性能提供了宝贵的思路。我记得书中对 SCSI 错误报告（SCSI Error Reporting）机制的详细介绍，包括各种错误码的含义和相应的处理策略，这对于构建稳定可靠的 SCSI 系统至关重要。这本书的内容之详实，让我能够从根本上理解 SCSI 技术，也为我日后在存储和网络领域的工作打下了坚实的基础。

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在我早期的编程生涯中，曾有幸参与过一个需要频繁与各种外围设备进行交互的项目。那个年代，SCSI 技术因其在高性能和灵活性方面的优势，在连接复杂外设方面扮演着重要角色。《The Programmer's Guide to SCSI》这本书，如同一个经验丰富的技术顾问，为我揭示了 SCSI 技术的精髓。这本书的突出之处在于，它并非简单地堆砌技术术语，而是以一种非常清晰的逻辑，讲解了 SCSI 协议的运作原理。我尤其欣赏书中对 SCSI 命令集的详细分类和解释，包括如何通过 INQUIRY 命令获取设备信息，如何使用 MODE SENSE/SELECT 命令配置设备参数，以及如何利用 SEND/RECEIVE DIAGNOSTIC commands 进行设备自检。这些都是在实际编程中必不可少的技能。书中对 SCSI 传输模式的深入剖析，特别是同步数据传输（Synchronous Data Transfer）和异步数据传输（Asynchronous Data Transfer）的性能差异和优化方法，为我理解如何提升数据传输效率提供了宝贵的思路。此外，书中对 SCSI 错误报告（SCSI Error Reporting）机制的详细说明，包括如何解析错误代码和执行相应的恢复操作，对于构建健壮的 SCSI 系统至关重要。我记得书中对 SCSI 设备的命令队列（Command Queuing）和标签（Tagging）的讲解，这对于提升 SCSI 设备的并发处理能力，实现高效的数据流管理，有着重要的指导意义。这本书的内容之详实，让我能够深入到 SCSI 协议的每一个细节，也让我对硬件与软件之间的交互有了更深刻的理解。

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在我还在校园里的时候，对计算机硬件的低层运作原理充满了好奇。那个年代，SCSI 接口因其高性能和灵活性，在服务器和工作站领域扮演着举足轻重的角色。《The Programmer's Guide to SCSI》这本书，就像是一本打开 SCSI 世界的钥匙，为我揭示了它背后复杂的运行机制。这本书的价值在于，它并非仅仅停留在命令集的罗列，而是深入浅出地讲解了 SCSI 协议的设计理念。作者以一种非常系统化的方式，讲解了 SCSI 总线的初始化过程，包括总线上的设备枚举（Device Enumeration）和仲裁（Arbitration）。我尤其欣赏书中关于 SCSI 传输握手（SCSI Transfer Handshake）的细致描述，让我能够理解数据是如何在主机和设备之间可靠地传输的。书中对 SCSI 命令的分类，如“通用命令”（Common Commands）和“特定命令”（Specific Commands），以及如何根据设备类型选择合适的命令，对我理解 SCSI 编程至关重要。我记得书中对 SCSI 错误处理（SCSI Error Handling）的详细解析，包括各种错误码的含义和相应的处理策略，这对于构建稳定可靠的 SCSI 系统是不可或缺的。此外，书中还介绍了 SCSI 接口在实际应用中的一些考量，例如电缆长度、终端电阻以及总线负载等，这些细节对于确保 SCSI 系统的稳定性具有重要意义。这本书的内容之丰富，覆盖了 SCSI 协议的方方面面，为我打下了坚实的 SCSI 技术基础。

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我第一次接触 SCSI 技术，是在我还是一个初涉嵌入式系统开发的学生时。那个年代，SCSI 接口凭借其高性能和对多种外设的支持，在高端应用中占据主导地位。《The Programmer's Guide to SCSI》这本书，就像是一盏明灯，照亮了我通往 SCSI 技术深处的道路。这本书的卓越之处在于，它并非仅停留在技术的表面，而是深入挖掘了 SCSI 协议的设计哲学和实现细节。作者以一种非常系统化的方式，讲解了 SCSI 总线的电气特性、信号时序以及各种握手协议。我尤其欣赏书中关于 SCSI 命令的分类以及不同命令的作用，例如，如何使用 READ/WRITE 命令进行数据读写，如何通过 FORMAT UNIT 命令格式化存储介质，以及如何利用 REQUEST SENSE 命令获取设备状态信息。这些都是在实际编程中至关重要的。书中对 SCSI 传输模式的细致描绘，特别是对同步和异步传输的对比分析，以及如何通过协商机制来优化传输效率，为我理解高性能数据传输提供了理论基础。此外，书中关于 SCSI 错误处理和恢复机制的讲解，包括各种错误码的含义和相应的处理策略，对于构建稳定可靠的 SCSI 系统至关重要。我记得书中对 SCSI 设备的连接和配置（例如 SCSI ID 的设置和终端电阻的使用）的实用建议，这些细节对于确保 SCSI 系统的正常运行具有重要的指导意义。这本书的内容之全面，覆盖了 SCSI 协议的方方面面，为我打下了坚实的 SCSI 技术基础，也激发了我对底层硬件编程的浓厚兴趣。

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初次接触 SCSI 技术，是在我还是一个年轻而充满好奇心的程序员的时候。那时候，我刚刚涉足硬件编程的领域，对数据传输的底层原理充满了探究的欲望。市面上关于 SCSI 的书籍并不算多，而且很多都偏向理论，读起来枯燥乏味。直到我偶然间发现了《The Programmer's Guide to SCSI》，就像是在茫茫知识海洋中找到了一座灯塔。这本书的内容之丰富、讲解之详尽，至今仍令我记忆犹新。它并没有仅仅停留在 SCSI 命令集的堆砌，而是深入浅出地剖析了 SCSI 协议的每一个环节，从物理层面的连接方式，到逻辑层面的命令执行流程，再到实际应用中的驱动程序编写，都进行了细致入微的阐述。书中提供的各种代码示例，不仅可以直接拿来使用，更能帮助读者理解 SCSI 命令的实际运作方式。特别是关于 SCAM（SCSI Cable Access Method）的介绍，让我对 SCSI 接口的自动化配置有了更深刻的认识，这在当时无疑是具有划时代意义的技术。此外，书中还涵盖了 SCSI 协议的版本演进，包括 SCSI-1、SCSI-2（Fast SCSI, Wide SCSI）、Ultra SCSI 等，清晰地展现了 SCSI 技术如何不断进步以满足日益增长的数据传输需求。对于我这样一个初学者来说，这本书就像一位耐心的老师，一步步引导我解开了 SCSI 的神秘面纱，也为我日后在嵌入式系统和高性能存储领域的工作打下了坚实的基础。我常常会回想起那些挑灯夜读的日子，每当遇到难以理解的概念，翻开这本书，总能找到清晰的解答。这本书不仅仅是一本技术手册，更是我编程生涯中一个重要的启蒙读物，它激发了我对底层硬件编程的浓厚兴趣，让我看到了代码与硬件之间千丝万缕的联系。

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我是在一个对硬件接口充满好奇的时期接触到《The Programmer's Guide to SCSI》的。当时，我正尝试为一款嵌入式系统开发自定义的存储接口，而 SCSI 技术因其高吞吐量和广泛的设备兼容性而备受关注。市面上关于 SCSI 的资料要么过于理论化，要么零散不成体系。幸运的是，《The Programmer's Guide to SCSI》及时地出现在我的视野中。这本书的独特之处在于，它并非简单地罗列 SCSI 命令，而是深入探讨了 SCSI 协议的设计哲学和实现细节。作者以一种非常直观的方式，解释了 SCSI 总线上的信号时序，以及各种状态下的协商过程。例如，书中对握手（Handshake）协议的细致描绘，让我能够清晰地理解数据是如何在设备和主机之间准确无误地传输的。我对书中关于错误恢复机制的讲解印象尤为深刻，了解如何处理奇偶校验错误、总线仲裁失败等问题，对于构建健壮的 SCSI 系统至关重要。书中还提供了大量关于 SCSI 目标设备（Target Devices）和 SCSI 发起设备（Initiator Devices）编程的指导，这对于我理解双方的交互逻辑提供了极大的帮助。我记得书中对 SCSI 请求块（SCSI Request Block, SRB）的详细剖析，以及如何构建和发送 SRB 以执行特定操作，这是驱动程序开发的核心内容。这本书让我看到了，一个看似简单的“读盘”命令背后，蕴含着如此复杂的协议交互和精密的硬件控制。它不仅教授了我 SCSI 的知识，更培养了我对底层系统设计的严谨态度。

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在我的职业生涯中，曾有幸参与过一些需要与多种不同存储设备打交道的项目。那个年代，SCSI 接口无疑是连接高性能、多功能设备的黄金标准。然而，SCSI 的复杂性也让许多开发者望而却步。《The Programmer's Guide to SCSI》则彻底改变了我的看法。这本书就像一位经验丰富的向导，带领我穿越 SCSI 技术那看似晦涩的迷宫。它不仅仅是关于“是什么”，更是关于“为什么”和“怎么样”。例如，它详细解释了 SCSI ID 的重要性以及如何避免冲突，这对于构建稳定可靠的 SCSI 系统至关重要。书中对不同 SCSI 传输速率（如 Ultra-320）的性能分析，以及对线缆、连接器等物理层因素的考量，都展现了作者在实际应用层面的深厚功底。我尤其记得书中关于 SCSI 中断处理（Interrupt Handling）和 DMA（Direct Memory Access）的讲解，这些都是实现高性能数据传输的关键。理解这些底层机制，让我能够编写出更优化的驱动程序，最大限度地发挥硬件的潜力。书中还穿插了许多历史性的视角，比如 SCSI 在服务器、工作站以及早期高端 PC 中的应用案例，这让我能够将技术知识与行业发展联系起来，更深刻地理解 SCSI 的演进历程。它也让我认识到，SCSI 的设计哲学，即“命令-响应”模式，如何影响了后续许多接口的设计。这本书的内容之全面，覆盖了 SCSI 协议的方方面面，从最基本的电气特性到最复杂的命令集，都能找到清晰的讲解。它不仅仅是一本技术指南，更是一部 SCSI 技术的百科全书，为我解决实际问题提供了强大的支持。

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