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出版者:北京航空航天大學齣版社

作者:李學海

出品人:

頁數:474

译者:

出版時間:2006-3

價格:45.00元

裝幀:

isbn號碼:9787810777537

叢書系列:

圖書標籤:

• 匯編
• 6502
• 單片機
• 淩陽
• 8位單片機
• 嵌入式係統
• 電子工程
• 微控製器
• C51
• 硬件開發
• 編程
• 入門教程

《嵌入式係統設計與應用：基於ARM Cortex-M微控製器》 內容簡介 本書全麵深入地探討瞭基於ARM Cortex-M係列微控製器的嵌入式係統設計與應用技術。隨著物聯網（IoT）、工業自動化和智能設備的飛速發展，Cortex-M內核憑藉其齣色的性能、低功耗特性和成熟的生態係統，已成為當代嵌入式開發的主流平颱。本書旨在為電子工程、計算機科學及其相關專業的學生、初級到中級的嵌入式係統工程師，以及尋求係統性知識更新的專業人士，提供一本實用、詳盡且具有高度可操作性的參考指南。 第一部分：Cortex-M微控製器基礎架構與內核原理 本部分首先構建讀者對Cortex-M係列微控製器的宏觀認識，並深入剖析其核心架構。 第一章：嵌入式係統概述與Cortex-M傢族概覽 本章從嵌入式係統的基本概念入手，界定其與通用計算係統的區彆與聯係，涵蓋實時性、資源約束和特定功能性等關鍵特徵。隨後，詳細介紹ARM Cortex-M係列的不同型號（如M0、M3、M4、M7），分析它們在性能、功耗、中斷處理能力和浮點運算單元（FPU）配置上的差異，幫助讀者根據具體項目需求選擇閤適的微控製器型號。 第二章：Cortex-M內核架構詳解 深入講解Cortex-M內核的內部結構。內容涵蓋程序計數器（PC）、堆棧指針（SP）等核心寄存器組的詳細功能，以及特權/非特權執行級彆的工作機製。重點闡述指令集架構（Thumb-2），分析其如何實現代碼密度和執行效率的平衡。同時，細緻講解內存映射（Memory Mapping）方案，包括代碼區、SRAM、外設寄存器區的分配與訪問規則。 第三章：嵌套嚮量中斷控製器（NVIC）與異常處理 中斷係統是嵌入式實時性的基石。本章將詳細解析Cortex-M專有的NVIC結構。內容包括中斷優先級分組（Priority Grouping）的原理與配置，係統異常（如復位、HardFault、SysTick）與外部中斷的觸發、服務和返迴機製。通過實例演示如何配置多級中斷，確保關鍵任務的及時響應，並探討如何調試和處理高頻齣現的“HardFault”錯誤。 第二部分：固件開發環境與底層驅動實現 本部分側重於實際的開發流程，介紹如何搭建開發環境並實現對微控製器核心資源的底層控製。 第四章：開發環境搭建與首次“點燈” 指導讀者選擇並安裝主流的集成開發環境（IDE），如Keil MDK、IAR Embedded Workbench或基於GCC的工具鏈。詳細介紹匯編語言和C語言在嵌入式項目中的結閤方式。通過最經典的“點亮LED”實例，演示如何設置時鍾係統（RCC）、配置通用輸入輸齣（GPIO）端口，並講解寄存器級操作（Bare-Metal Programming）的核心思想。 第五章：時鍾係統與低功耗管理 深入探討微控製器的時鍾樹，包括內部振蕩器（HSI）、外部晶振（HSE）的配置與PLL倍頻鎖定過程。重點講解如何精確地配置係統時鍾和外設時鍾，以滿足不同運行模式下的性能要求。此外，詳述Cortex-M的休眠（Sleep）和深度睡眠（Deep Sleep）模式，以及如何利用喚醒源（如外部中斷、定時器）實現高效的功耗管理。 第六章：內存訪問與直接內存訪問（DMA） 本章聚焦於數據的高效傳輸。首先迴顧總綫架構（如AHB/APB）對數據訪問速度的影響。然後，重點介紹DMA控製器的工作原理，包括數據源、目的地的配置，傳輸模式（單次、循環、突發）的選擇。通過實際案例（如ADC采樣數據轉存至內存、數據從SRAM到外設的快速傳輸），展示如何通過DMA解放CPU資源，提升係統吞吐量。 第三部分：核心外設接口與通信協議 本部分詳細介紹瞭嵌入式係統中常用的關鍵外設模塊及其驅動實現。 第七章：定時器（Timers）的高級應用 定時器是嵌入式係統的“心髒”。本章涵蓋基礎的計數功能，並擴展到高級應用，如輸入捕獲（Input Capture，用於測量脈衝寬度和頻率）、輸齣比較（Output Compare，用於生成PWM波形）。詳細講解如何精確配置定時器的預分頻器、自動重載寄存器和捕獲/比較寄存器，實現精確的時間控製。 第八章：串行通信接口（UART/USART）與異步數據交換 講解通用異步收發傳輸器（UART/USART）的工作原理，包括波特率計算、數據幀格式（奇偶校驗、停止位）。提供基於中斷和DMA兩種方式的UART驅動實現，並側重於處理數據流的連續性和完整性。 第九章：同步通信：SPI與I2C協議詳解 係統性介紹兩種主流的同步串行通信協議。對於SPI，重點解析主/從模式、時鍾極性/相位（CPOL/CPHA）的四種組閤及其對數據采集的影響。對於I2C，詳細闡述其總綫仲裁、地址尋址機製以及START/STOP條件的産生。通過實際案例，指導讀者如何驅動常見的傳感器（如加速度計、EEPROM）並實現數據讀寫。 第四部分：模擬與混閤信號處理 本部分關注微控製器與物理世界的接口——模數轉換和數模轉換。 第十章：模數轉換器（ADC）的精確采集 深入講解SAR型ADC的工作流程，包括采樣保持過程、量化誤差和有效位數（ENOB）。重點講解ADC的多通道掃描模式、間斷模式（Discontinuous Mode）以及觸發源的選擇。通過分析采樣定理，指導讀者如何根據被測信號的特性設置閤適的采樣率和參考電壓，確保數據準確性。 第十一章：數模轉換器（DAC）與波形生成 介紹DAC的原理和常用配置。重點演示如何利用DAC配閤定時器生成標準模擬信號，如正弦波、三角波或方波，並討論其在信號發生器和電壓輸齣控製中的應用。 第五部分：操作係統與高級軟件架構 本部分麵嚮需要構建復雜、多任務係統的開發者，引入實時操作係統的概念與實踐。 第十二章：實時操作係統（RTOS）基礎與上下文切換 介紹RTOS的核心概念，如任務、調度器、臨界區和同步機製。以FreeRTOS或類似的輕量級RTOS為例，講解任務的創建、狀態轉換（就緒、運行、阻塞、掛起）和優先級繼承。深入分析上下文切換的底層過程，揭示Cortex-M內核如何通過棧操作實現任務的保存與恢復。 第十三章：任務間通信與同步機製 詳細講解在多任務環境中保障數據一緻性和避免競態條件的關鍵技術：信號量（Semaphores）、互斥鎖（Mutexes）和消息隊列（Message Queues）。通過具體的代碼示例，指導讀者正確選擇同步原語，以實現高效且無死鎖的並發控製。 附錄 附錄提供Cortex-M常用寄存器速查錶、係統啓動代碼分析，以及一個基於HAL庫和寄存器級編程的同一外設驅動對比案例，以供讀者進行學習和參考。 本書結構嚴謹，理論與實踐緊密結閤，力求使讀者不僅理解“如何操作”，更能明白“為何如此操作”，最終具備獨立設計和調試復雜嵌入式係統的能力。

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這本書給我的感覺是“重硬件理解，輕軟件架構優化”。它花瞭大篇幅去解析芯片內部的各種時鍾樹、電源管理模式以及各種復雜的低功耗設計，這對於嵌入式係統功耗敏感的應用場景來說，無疑是寶貴的財富。我嘗試根據書中的描述去實現一個超低功耗待機模式，發現隻要嚴格按照書中的步驟操作，成功率非常高。但是，當涉及到大型項目的文件組織、任務調度（比如簡單的實時操作係統RTOS的移植或應用），這本書就顯得有些力不從心瞭。似乎作者的側重點更偏嚮於單片機本身的工作原理，而非基於此芯片構建復雜軟件係統的最佳實踐。如果能增加一個關於軟件分層設計、驅動抽象化的章節，這本書的價值會得到進一步的提升，能夠更好地服務於需要構建健壯、可維護軟件産品的工程師群體。

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這本書的排版和印刷質量令人滿意，紙張光滑，字體清晰，閱讀體驗在物理層麵上達到瞭高標準。從內容結構上看，這本書的邏輯組織非常嚴謹，從最基礎的指令集架構講起，逐步過渡到存儲器映射和中斷嚮量錶，這種層層遞進的安排，體現瞭作者深厚的教學功底。我尤其喜歡它對匯編語言與C語言混閤編程的介紹，這在很多同類書籍中往往被一筆帶過，而這本書卻給予瞭足夠的篇幅來探討二者協同工作的奧妙。不過，對於初次接觸這類單片機生態係統的讀者，開篇可能略顯突兀。我個人建議，也許可以加入一個“快速上手”的章節，先讓讀者跑通一個LED閃爍的程序，建立初步的成就感，再深入到復雜的係統級設計。此外，書中對特定開發工具鏈的使用說明略顯單薄，對於習慣瞭不同IDE的工程師來說，可能需要自己摸索環境配置的細節。

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這本書的封麵設計得非常樸素，用色沉穩，讓人一看就知道是技術類的專業書籍。我抱著極大的期待翻開第一頁，希望能從中找到紮實的理論基礎和詳盡的實踐指導。初讀下來，整體感覺作者的敘述風格偏嚮於學術化，對於初學者來說，可能需要花費更多的時間去消化其中的術語和概念。書中對硬件接口的講解非常細緻，從晶振的選取到復位電路的搭建，都有圖文並茂的說明，這一點對於動手能力強的工程師來說無疑是極大的便利。不過，我個人覺得，如果能在每個章節的末尾增加一些針對性的練習題或者小型項目設計，或許能幫助讀者更好地鞏固所學知識。特彆是涉及到中斷和定時器的部分，理論推導固然重要，但實戰中的應用場景和技巧往往更關鍵。我希望能看到更多貼近工業應用的前沿案例，而不是僅僅停留在教科書式的描述上。總體而言，這是一本內容紮實的參考書，適閤已經具備一定微控製器基礎，希望深入鑽研特定架構的讀者。

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這本書的參考文獻列錶非常詳盡，可以看齣作者在撰寫過程中參考瞭大量的官方技術文檔和行業標準，這為書中的內容提供瞭堅實的可靠性背書。我在調試一個復雜的通信協議時，書中對波特率計算的精確推導，直接幫我節省瞭大量的試錯時間。這本書的語言風格是那種非常直接、不加修飾的陳述，非常高效，沒有多餘的客套話。但這可能導緻某些概念的引入缺乏足夠的鋪墊，使得那些習慣於通過比喻或類比來理解抽象概念的讀者感到吃力。我希望書中能穿插一些曆史背景或設計哲學上的思考，比如“為什麼芯片廠商選擇瞭這種特定的中斷處理機製？”或者“這種內存布局的優勢在哪裏？”這樣的內容，能夠讓讀者對知識的掌握更具深度和曆史觀感，而不僅僅是記住如何操作寄存器。總的來說，這是一部嚴謹、務實的技術著作，適閤作為工具書查閱和深入學習的進階材料。

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拿到這本書後，我立刻被其詳盡的代碼示例所吸引。作者似乎非常注重代碼的可讀性和模塊化，幾乎每一個重要的功能點都有配套的C語言實現。我特彆欣賞作者在講解外設配置時采用的“寄存器位域”講解法，這比直接給齣庫函數調用要來得更透徹，讓我明白瞭底層硬件是如何被驅動的。然而，在某些章節，比如ADC的轉換流程和DMA的配置邏輯，我感覺信息量過於密集，缺乏必要的邏輯梳理和流程圖輔助，導緻我閱讀起來有些吃力，需要反復對照數據手冊纔能完全理清脈絡。如果能增加一個“疑難解析”或者“常見錯誤”的闆塊，對讀者來說會更有幫助。另外，雖然書中的代碼是完整的，但如果能提供一個配套的、可以即插即用的最小係統工程文件，讓讀者可以直接在開發環境中編譯運行，體驗會更流暢。這本書更像是一本深度手冊，而不是一本輕鬆入門的教程，它要求讀者具備較高的自學能力和耐心。

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當年這書等瞭很久纔齣，齣來瞭之後發現沒必要讀瞭……

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