微机系统及其接口设计原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:西南交大

作者:杨斌

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-02-01

价格:38.0

装帧:平装

isbn号码:9787811042115

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《嵌入式系统设计与实践：从理论到应用》 前言 数字时代的浪潮席卷了我们生活的方方面面，从智能手机到工业自动化，嵌入式系统无处不在。它们是现代电子设备的核心驱动力，承载着实现特定功能和提供用户体验的关键任务。然而，要构建一个高效、可靠且具有成本效益的嵌入式系统，绝非易事。这需要对底层硬件、操作系统、实时调度以及复杂的软件开发流程有深刻的理解。 本书《嵌入式系统设计与实践：从理论到应用》旨在填补当前市场上技术书籍在理论深度与工程实践之间的鸿沟。我们不满足于停留在表面的概念介绍，而是深入剖析嵌入式系统设计的核心原理，并提供大量可操作的工程案例，引导读者从零开始构建功能完善的嵌入式应用。 第一部分：嵌入式系统基础架构 本部分将构建读者对嵌入式系统整体架构的宏观认识，是后续深入学习的基石。 第一章：嵌入式系统的演进与核心概念 本章首先回顾了嵌入式系统的发展历程，从早期的简单控制器到现代的多核异构系统。我们将重点阐述嵌入式系统区别于通用计算系统的核心特征：专用性、实时性、资源受限性以及高可靠性要求。通过对比微处理器（MPU）与微控制器（MCU）的架构差异，读者可以明确在不同应用场景下应选择的计算单元。我们将详细解析嵌入式系统的典型层次结构，包括硬件抽象层（HAL）、驱动层、操作系统层和应用层，确保读者对系统的分层设计有清晰的认识。 第二章：选择合适的微控制器与片上系统（SoC） 硬件选型是嵌入式项目成功的关键第一步。本章聚焦于评估和选择合适的微控制器。我们将深入探讨不同内核架构（如Cortex-M系列、RISC-V）的性能指标、功耗特性及生态系统支持。特别地，本章将详细介绍片上系统（SoC）的构成，包括CPU核、内存子系统（SRAM、Flash、Cache）、丰富的外设集合（如定时器、ADC、DMA控制器）以及总线结构（如AHB、APB）。读者将学会如何根据应用需求（如处理速度、I/O数量、功耗预算）进行科学的硬件选型，并理解片上资源的最优配置策略。 第三章：内存管理与高效数据访问 内存是嵌入式系统中最宝贵的资源之一。本章深入剖析了嵌入式系统中常见的内存组织方式，包括堆栈（Stack）和堆（Heap）的使用规范与潜在陷阱。对于资源受限的MCU，我们将教授如何利用非易失性存储器（Flash/EEPROM）进行数据持久化，并探讨数据在不同存储介质间的搬运策略。重点讲解直接内存访问（DMA）的工作原理及其在提升数据吞吐量、降低CPU负载方面的关键作用，并提供实际的DMA编程范例，指导读者实现高效的数据流控制。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发控制 在需要精确时序控制的应用中，实时操作系统是不可或缺的。本部分将系统地介绍RTOS的设计哲学、核心机制及其在嵌入式环境中的应用。 第四章：RTOS核心原理与任务调度 本章从基础的并发模型开始，引入任务（Task）、线程（Thread）的概念。我们将详尽解析多种任务调度算法，包括固定优先级、轮转法、抢占式调度以及优先级继承协议。通过对比不同调度策略对系统延迟和公平性的影响，读者将能够根据应用需求选择最合适的调度模型。此外，本章将详细介绍上下文切换（Context Switching）的机制和开销，帮助读者理解实时系统的时间性能瓶颈。 第五章：同步、互斥与跨任务通信 并发编程的复杂性主要体现在资源共享和任务间协作上。本章深入讲解同步机制，包括信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）的正确使用方式及其区别与联系，并重点分析“死锁”的成因与规避策略。同时，本章将介绍多种进程间通信（IPC）机制，如消息队列（Message Queue）、事件标志组（Event Flags）和邮件箱（Mailbox），并提供实例说明如何利用这些机制安全高效地在多个任务间传递数据和控制信号。 第六章：中断处理与低延迟响应 中断是嵌入式系统响应外部事件的核心手段。本章强调中断服务程序（ISR）的设计原则：快速退出、最小化临界区。我们将区分硬件中断与软件中断，并深入探讨中断嵌套、中断优先级配置的注意事项。针对需要极低延迟响应的应用，本章会讲解如何利用“延迟过程调用”（DPC）或“软中断”机制，将ISR中耗时的处理逻辑安全地转移到任务层级执行，以确保系统的实时性不受损害。 第三部分：外设驱动与底层接口编程 本部分聚焦于如何通过软件精确控制和利用微控制器上的各种片上外设。 第七章：串行通信协议的深度解析与应用 本章系统梳理了嵌入式领域最常用的串行通信协议。UART的波特率计算、奇偶校验的实现将被详细讲解。SPI和I2C总线协议因其广泛应用于传感器和存储器接口，我们将用大量的时序图来解析它们的仲裁机制、主从切换过程以及错误处理方法。对于需要更高带宽的应用，本章将简要介绍CAN总线在车载和工业控制中的应用原理。 第八章：模拟与数字信号转换 本章关注于系统与物理世界的桥梁——模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）。我们将深入探讨ADC的采样率、有效位数（ENOB）、量化误差等关键性能指标。重点教授如何利用DMA配合ADC实现连续、高吞吐量的多通道数据采集，以及如何优化采样时序以避免混叠效应。对于DAC，我们将探讨其在波形生成和控制输出方面的应用。 第九章：定时器、脉冲宽度调制（PWM）与时间测量 定时器是嵌入式系统的“心脏”。本章不仅讲解了通用定时器的计数、溢出功能，更侧重于其在捕获（Input Capture）和输出比较（Output Compare）模式下的应用。PWM的生成原理及其在电机控制、电源管理中的调占空比技术将被详细阐述。此外，我们将介绍如何利用定时器实现高精度的时间戳和频率测量。 第四部分：嵌入式软件开发实践与工具链 本部分将引导读者掌握现代嵌入式软件的开发流程、调试技巧和质量保证方法。 第十章：交叉编译与构建系统 嵌入式开发依赖于交叉编译环境。本章详细介绍了GCC工具链（编译器、汇编器、链接器）在嵌入式场景下的工作流程。我们将重点讲解链接脚本（Linker Script）的作用，指导读者如何自定义代码和数据在Flash与RAM中的分布，这是实现Bootloader和固件分区的基础。同时，本章会介绍使用CMake或Makefile来管理复杂项目依赖的构建自动化方法。 第十一章：高效调试、故障诊断与固件更新 调试是嵌入式开发中耗时最长的环节。本章将详细介绍使用JTAG/SWD接口进行硬件级调试的技巧，包括断点设置、观察内存和寄存器、单步执行等。我们将探讨日志记录（Logging）在嵌入式系统中的重要性，并介绍如何利用看门狗（Watchdog Timer）和系统复位机制来增强系统的鲁棒性。最后，本章将探讨安全可靠的空中下载（OTA）或固件现场更新（FOTA）方案的设计考量。 第十二章：系统性能优化与功耗管理 在资源有限的设备上，性能和功耗是永恒的主题。本章教授如何使用性能分析工具（Profiler）定位代码中的热点函数。我们将从算法层面、编译优化选项（如-Os, -Ofast）以及硬件特性利用（如流水线优化、缓存使用）等多个维度，提供切实可行的代码优化策略。功耗管理方面，我们将深入讲解MCU的各种低功耗模式（如睡眠、深度睡眠），并指导读者设计外部电源管理电路，实现最小化待机电流的目标。 结语 《嵌入式系统设计与实践：从理论到应用》力求成为一本兼具深度与广度的参考书，它不仅教授“如何做”，更深入阐述“为何要这样做”。通过对底层原理的彻底剖析与对工程实践的紧密结合，我们希望每一位读者都能掌握构建下一代智能、可靠嵌入式系统的核心能力。本书的最终目标是培养具备系统思维和解决复杂工程问题的嵌入式系统工程师。

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《微机系统及其接口设计原理》这本书，我拿到手后，首先就被它厚实的篇幅和严谨的封面设计所吸引。拿到一本厚厚的计算机科学领域的书籍，总是会让我有一种踏实的期待感，仿佛里面蕴藏着解决各种疑难问题的宝藏。我一直对计算机底层运作的原理非常好奇，从最基础的CPU如何执行指令，到内存如何存储数据，再到各种外围设备如何与主系统进行信息交换，这些都是我渴望深入了解的领域。我希望这本书能够像一位经验丰富的老师，循序渐进地带领我探索微机系统的奥秘，用清晰易懂的语言解释那些看似晦涩难懂的概念，并通过丰富的图示和实例来辅助理解，让我能够真正掌握微机系统的设计精髓。我尤其期待书中能够详细介绍各种接口技术，比如串行接口、并行接口，以及一些现代的USB、PCIe等，了解它们的工作机制，以及如何在硬件层面进行设计和应用。如果书中能够包含一些实际的电路图和代码示例，那更是锦上添花了，能够让我将理论知识付诸实践，加深理解。总而言之，我带着极大的热情和期待，希望这本书能够满足我对微机系统及其接口设计原理的求知欲。

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拿到《微机系统及其接口设计原理》这本书，我最感兴趣的部分是如何将各种不同的硬件设备集成到一个完整的系统中，并让它们协同工作。这涉及到我对硬件接口设计的深刻理解。我特别希望书中能详细阐述不同类型接口的工作原理，比如如何处理串行和并行通信中的数据同步问题，如何设计可靠的信号传输电路，以及如何解决电磁干扰等实际工程问题。另外，我对内存接口的设计和优化也抱有浓厚的兴趣，了解DRAM、SRAM等不同内存类型的工作原理，以及CPU如何高效地访问它们，这对提高系统性能至关重要。书中如果能包含一些关于系统总线架构的介绍，比如ISA、PCI、PCI Express等，并分析它们的设计演进和各自的优缺点，那对我理解计算机系统的发展脉络会有很大的帮助。我也期待书中能提供一些设计实例，比如如何设计一个简单的I/O接口卡，或者如何将一个传感器连接到微处理器，并实现数据的读取和处理。

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我购买《微机系统及其接口设计原理》这本书，主要是想深入理解计算机硬件的底层逻辑，特别是CPU如何与内存和外围设备进行交互。我对中断机制、DMA控制器的工作原理以及各种I/O端口的实现方式都非常好奇。我希望书中能够详细解释CPU如何处理外部中断请求，以及中断向量表的作用。同时，DMA技术是如何实现数据在内存和外设之间直接传输的，其工作流程和控制逻辑又是怎样的？这些都是我想弄清楚的关键点。此外，我非常关注书中关于串行接口（如UART）和并行接口的实现细节，了解它们的通信协议、时序以及如何在硬件层面进行设计。如果书中能对一些经典的微处理器指令集架构进行介绍，并解释其指令的执行过程，那将非常有价值。我期望这本书能提供清晰的图示和实例，让我能够直观地理解这些复杂的硬件概念，并为我未来进行硬件相关的学习打下坚实的基础。

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我最近在研究嵌入式系统开发，过程中发现对微机系统底层的理解非常重要，所以就入手了这本《微机系统及其接口设计原理》。我尤其关注书中关于中断机制、DMA（直接内存访问）以及总线协议的部分。我了解到，这些是提高系统效率和实现外设高效通信的关键。我对数据如何在CPU、内存和外设之间快速、有效地流动非常感兴趣，特别是DMA技术，它如何绕过CPU直接进行数据传输，从而解放CPU资源，这一点一直让我着迷。此外，对于各种总线，比如I2C、SPI，甚至更复杂的PCI总线，它们的设计原理、时序和电气特性，我希望能在这本书里找到清晰的解释。我期待书中能提供一些实际的接口电路图，以及相关的寄存器配置方法，这样我就可以将书本知识与实际的硬件调试结合起来。如果还能介绍一些常见的微控制器（MCU）架构，以及它们与外部器件的接口设计案例，那对我进行嵌入式项目开发将非常有帮助。

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老实说，我买这本书的初衷，很大程度上是被它的书名所吸引。我一直觉得“微机系统”这个词带着一种历史的厚重感，仿佛回到了那个计算机刚刚兴起的时代，但同时又暗示着现代计算机依然有其根基在那。我对CPU的工作流程、内存管理机制、以及各种信号是如何在硬件层面上传输的，都有着强烈的好奇心。尤其是“接口设计原理”这几个字，让我联想到那些五花八门的接口，比如以前的串口、并口，到现在的USB、SATA，以及更专业的PCIe、NVMe，它们各自的规范和设计理念是什么？又是如何保证不同设备之间能够顺畅通信的？我希望这本书能够非常详尽地剖析这些技术细节，不仅仅停留在概念层面，而是能够深入到电路设计、时序控制、协议解析等更具工程实践性的内容。如果书中还能提及一些经典的微处理器架构，比如Intel的x86系列，或者ARM架构，并分析它们的优缺点，那就更好了。我对学习如何设计一个能够与CPU有效交互的硬件模块充满兴趣，希望这本书能为我提供坚实的理论基础和实用的指导。

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