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页数:298

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出版时间:2007-5

价格:20.00元

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isbn号码:9787810739399

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• 显示器
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• 故障排除

《嵌入式系统开发与实践》 一、 核心内容概述 本书旨在为读者提供一套全面、深入的嵌入式系统开发实战指南。内容涵盖了从嵌入式系统的基础概念、硬件选型，到软件开发流程、常用工具链的使用，再到实际项目的设计与实现，力求为初学者建立坚实的基础，为经验丰富的开发者提供进阶的思路与技巧。本书强调理论与实践相结合，通过丰富的案例分析和代码示例，帮助读者掌握嵌入式系统开发的各个关键环节。 二、 详细内容解析 第一部分：嵌入式系统基础与硬件选型 1. 嵌入式系统概览 定义与特点：深入剖析嵌入式系统的本质，阐述其“嵌入式”、“专用性”、“智能化”等核心特征，并与通用计算机系统进行对比。 发展历程与趋势：回顾嵌入式系统从早期简单的微控制器应用到如今物联网、人工智能等前沿领域的演变，展望未来的发展方向。 典型应用领域：广泛介绍嵌入式系统在消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备、智能家居、通信设备等领域的实际应用，帮助读者建立宏观认识。 系统架构：详细介绍典型的嵌入式系统架构，包括微处理器/微控制器、存储器、输入/输出接口、传感器、执行器、通信模块等组件的功能与相互关系。 2. 核心处理器选型指南 微处理器 (MPU) 与微控制器 (MCU) 的区别与选择：详细讲解两者在功能、性能、功耗、成本等方面的差异，并结合应用场景给出选择建议。 主流处理器架构：深入分析ARM、MIPS、RISC-V等主流指令集架构的特点、优势与应用范围，为读者提供技术选型的依据。 ARM Cortex-M系列详解：重点介绍ARM Cortex-M系列MCU的家族特点、不同型号（如Cortex-M0, M3, M4, M7）的性能指标、外设集成度以及在低功耗、高性能等方面的应用场景。 其他处理器类型：简要介绍DSP、FPGA等在特定嵌入式应用中的作用。 性能评估指标：讲解CPU主频、内存带宽、外设接口速度、功耗等关键性能指标的含义及如何评估。 3. 存储器与接口技术 内存类型：详细介绍RAM（SRAM, DRAM）、ROM（Flash Memory, EEPROM）的原理、特性、读写方式及其在嵌入式系统中的应用。 存储器接口：讲解NOR Flash、NAND Flash、SD Card、eMMC等存储介质的接口协议、读写时序、性能特点和选择考量。 常用通信接口： 串行通信：UART/USART（异步串行通信）、SPI（同步串行外设接口）、I2C（集成电路总线）的原理、时序、应用场景和开发要点。 并行通信：GPIO（通用输入输出）的使用、中断机制、DMA（直接内存访问）的概念与作用。 总线与网络通信：CAN（控制器局域网）、USB（通用串行总线）、Ethernet（以太网）、Wi-Fi、Bluetooth等通信协议的工作原理、应用及其在嵌入式系统中的实现。 传感器与执行器接口：ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）的原理、采样率、分辨率及其在采集模拟信号和输出控制信号中的应用。介绍PWM（脉冲宽度调制）在电机控制、LED调光等方面的应用。 第二部分：嵌入式软件开发流程与工具链 1. 嵌入式软件开发环境搭建 交叉编译环境：讲解交叉编译器的概念，如何为目标嵌入式平台搭建GCC/Clang等交叉编译工具链，以及编译、链接过程。 集成开发环境 (IDE)：介绍Keil MDK, IAR Embedded Workbench, STM32CubeIDE, VS Code + PlatformIO等主流IDE的安装、配置与基本使用。 版本控制系统：Git在嵌入式项目中的应用，分支管理、提交规范、代码协作等。 2. 嵌入式操作系统 (RTOS) 详解 RTOS的核心概念：任务（线程）管理、任务调度（抢占式、协作式）、任务同步与通信（信号量、互斥锁、消息队列、事件标志组）、中断处理、内存管理、定时器等。 主流RTOS介绍：FreeRTOS（功能强大、广泛应用）、RT-Thread（国产、生态完善）、Zephyr Project（面向物联网）、uCOS/III（经典RTOS）等，分析其特点、优势与适用场景。 RTOS移植与配置：讲解如何将RTOS移植到特定硬件平台，配置内核参数、驱动程序。 实时性保证：如何通过RTOS设计与代码优化来满足实时性要求。 3. 驱动程序开发 硬件抽象层 (HAL)：介绍HAL的概念，以及如何使用HAL库（如STM32 HAL库）来简化驱动开发。 裸机驱动开发：在不使用RTOS的情况下，直接操作寄存器来开发外设驱动，深入理解硬件工作原理。 RTOS下的驱动开发：如何将裸机驱动封装成RTOS可用的驱动模块，利用RTOS提供的机制提高驱动的健壮性和可移植性。 常见外设驱动：GPIO、UART、SPI、I2C、ADC、定时器、DMA、Flash、SD卡等驱动的编写与调试。 4. 嵌入式Linux系统开发（进阶） 嵌入式Linux架构： Bootloader（U-Boot）、Kernel、Root Filesystem、Applications的组成与作用。 交叉编译与构建系统：Buildroot, Yocto Project等嵌入式Linux发行版构建工具的使用。 Linux设备驱动模型：Kernel模块、字符设备、块设备、网络设备驱动的开发。 用户空间应用程序开发：使用C/C++、Python等语言开发嵌入式Linux应用。 文件系统：JFFS2, UBIFS, ext4等嵌入式Linux常用文件系统的介绍。 第三部分：嵌入式系统项目设计与调试 1. 系统设计方法论 需求分析与系统规格定义：如何将模糊的客户需求转化为清晰的技术规格。 模块化设计：将复杂系统分解为可管理、可复用的小模块。 硬件/软件协同设计：强调软硬件在设计阶段的紧密配合。 功耗管理设计：低功耗模式、电源管理单元 (PMU) 的应用。 2. 嵌入式项目开发流程 原型开发：使用开发板快速验证核心功能。 代码编写与单元测试：注重代码规范、模块化，并进行充分的单元测试。 集成测试：将各个模块集成起来进行整体测试。 系统测试与验证：在真实工作环境下进行全面测试。 产品化与维护：代码优化、固件更新、Bug修复。 3. 嵌入式系统调试技术 调试器 (Debugger) 的使用：JTAG/SWD接口，配合OpenOCD、GDB等工具进行断点设置、单步执行、变量查看、内存读写。 示波器与逻辑分析仪：硬件信号的测量与分析，排查时序问题、通信错误。 串口调试助手：通过UART输出调试信息，监控程序运行状态。 内存分析与优化：栈、堆内存的使用情况分析，避免内存泄漏和溢出。 性能剖析 (Profiling)：识别代码中的性能瓶颈，进行优化。 日志与错误处理：设计有效的日志记录机制，方便问题追溯。 第四部分：案例分析与进阶主题 1. 典型嵌入式项目实战 物联网 (IoT) 网关开发：基于ESP32/STM32+RTOS，实现Wi-Fi/Ethernet通信、传感器数据采集、MQTT协议通信。 智能家居控制器：利用ARM Cortex-M系列MCU，结合Zigbee/Bluetooth Mesh，实现家电设备的无线控制与联动。 工业数据采集模块：基于STM32/NXP MCU，利用CAN/RS485总线，采集工业传感器数据并上传至云平台。 嵌入式GUI应用开发：介绍LVGL、emWin等嵌入式GUI库的使用，开发具有用户界面的嵌入式设备。 2. 进阶主题探讨 嵌入式安全：安全启动、固件加密、通信安全、防篡改技术。 嵌入式人工智能 (AI)：TensorFlow Lite, PyTorch Mobile等框架在嵌入式设备上的部署。 OTA (Over-the-Air) 固件升级：实现远程固件更新机制。 电源管理优化：深入研究低功耗设计技术，延长电池续航。 嵌入式系统可靠性设计：容错设计、冗余机制、异常处理。 五、 学习方法与读者定位 本书适合以下读者群体： 嵌入式系统初学者：希望系统性学习嵌入式开发基础知识，掌握从零开始构建嵌入式系统的能力。 电子信息、计算机科学相关专业的学生：作为课程学习的补充，深入理解嵌入式系统的理论与实践。 硬件工程师：希望提升软件开发能力，更好地理解软硬件协同设计。 软件工程师：希望拓展技术领域，进入嵌入式开发领域。 项目经理与技术爱好者：了解嵌入式系统的技术现状与发展趋势，为项目决策提供参考。 为了更好地学习本书，建议读者具备一定的C/C++编程基础，并对数字电路、计算机组成原理有基本了解。本书提供了丰富的代码示例，读者可以通过动手实践，加深对知识点的理解。 六、 总结 《嵌入式系统开发与实践》不仅是一本知识的集合，更是一套实践的指南。通过本书的学习，读者将能够： 理解嵌入式系统的核心原理。 掌握嵌入式硬件的选型与接口技术。 熟练运用开发工具链进行软件开发。 理解并应用嵌入式操作系统。 具备独立开发嵌入式项目的能力。 了解嵌入式领域的最新发展趋势。 我们相信，通过本书的引导，您将能够自信地踏入嵌入式开发的广阔天地，创造出属于自己的智能化产品。

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