具体描述
本书是根据原国家教委高教司制定的电子技术课程教学基本要求，并结合作者多年来的教学经验而编写的专业技术基础课教材。全书共分8章，主要内容包括：逻辑代数基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲产生与整形电路、存储器和可编程逻辑器件、数一模转换和模．数转换等。
本书侧重基本概念、基本理论和基本方法的讲述，突出知识的新颖性、实用性、系统性和逻辑性，注重理论知识的讲解与实际工程应用的有机结合，加强对学生各方面能力的培养。
内容讲述清楚简练，例题分析透彻，实例与知识点结合恰当，启发性强。
本书可作为本、专科院校计算机应用、电子信息类专业教材，也可作为相关工程技术人员的学习与参考用书。
《嵌入式系统设计与实践：从硬件到软件的全景解析》 图书简介 本书旨在为读者提供一套全面且深入的嵌入式系统设计与实践的知识体系，内容涵盖从基础理论到前沿应用的完整链条。我们摒弃了纯粹的理论堆砌，而是紧密结合工程实践，致力于培养读者解决复杂嵌入式系统问题的能力。 第一部分：嵌入式系统核心基础与硬件架构解析 本部分是理解整个嵌入式世界大厦的基石。我们将从最底层的硬件层面入手，详细剖析现代嵌入式系统的组成要素和工作原理。 第1章：嵌入式系统的概念与发展脉络 本章首先界定嵌入式系统的核心特征——面向特定应用、资源受限以及高可靠性要求。随后，我们将梳理嵌入式系统从早期的简单控制器发展到当代复杂的物联网（IoT）终端的演变历程。重点分析了“系统级芯片”（SoC）和“片上系统”（SoP）的崛起对嵌入式设计范式带来的根本性变革。我们不会停留于概念层面，而是通过分析几个经典的工业控制案例，说明不同时代对系统架构的需求差异。 第2章：微控制器（MCU）与微处理器（MPU）深度剖析 这是硬件选型与资源规划的关键章节。我们将详尽对比主流的8位、16位、32位乃至64位MCU的架构特点、指令集效率和功耗特性。重点聚焦于ARM Cortex-M系列内核，深入讲解流水线、中断响应机制和总线结构（如AHB/APB）。对于MPU，则着眼于其复杂的内存管理单元（MMU）和缓存一致性协议，为后续操作系统移植打下基础。书中会配有大量关于寄存器级操作和时钟树配置的实例图示，强调理解硬件手册的重要性。 第3章：存储器系统与总线通信协议 嵌入式系统的性能瓶颈往往受限于数据传输速率。本章详述了各种非易失性存储器（NAND/NOR Flash, EEPROM）和易失性存储器（SRAM, SDRAM）的工作原理、读写时序与寿命管理。在通信协议方面，本书覆盖了片内通信（I2C, SPI, UART）的底层时序控制，以及片间或系统级的标准接口（如USB 2.0/3.0, PCIe的基本概念），强调如何通过DMA（直接内存访问）机制来优化数据吞吐量，减轻CPU负担。 第4章：中断、定时器与实时性保障 实时性是嵌入式系统，尤其是控制系统的生命线。本章深入探讨了中断控制器（NVIC）的优先级管理、嵌套中断服务程序（ISR）的设计原则，以及如何有效避免竞态条件。定时器模块的讲解将超越简单的计数功能，重点分析脉冲宽度调制（PWM）在高精度驱动中的应用，以及看门狗（Watchdog Timer）在提高系统鲁棒性中的不可替代作用。 第二部分：嵌入式软件开发与操作系统精要 掌握了硬件，软件的开发能力决定了系统的上限。本部分聚焦于嵌入式软件的开发流程、编译工具链以及实时操作系统（RTOS）的应用。 第5章：交叉编译环境与底层驱动开发 本章指导读者搭建完整的嵌入式软件开发环境，包括Toolchain（GCC/Clang）、链接脚本的编写以及调试工具（GDB, JTAG/SWD）。重点讲解如何从零开始编写裸机程序，包括启动代码（Startup Code）的初始化过程，以及如何驱动GPIO、ADC等基础外设，强调寄存器级的编程方法，确保读者对代码的执行路径有清晰的认知。 第6章：实时操作系统（RTOS）原理与任务调度 本章是RTOS学习的核心。我们将选取FreeRTOS或类似轻量级内核作为案例，详细阐述其内核结构、任务控制块（TCB）、上下文切换机制。深度解析优先级继承、优先级天花板协议等实时性保障机制。此外，对信号量、互斥锁、消息队列等IPC（进程间通信）机制的应用场景和潜在陷阱进行全面分析，旨在帮助读者编写出无死锁、高可预测性的并发代码。 第7章：内存管理与软件架构设计 在资源受限的系统中，内存管理至关重要。本章探讨了嵌入式系统中动态内存分配（如malloc/free）的替代方案和优化策略，如内存池技术。在软件架构上，本书推崇模块化和分层设计思想，介绍了有限状态机（FSM）在复杂逻辑控制中的应用，以及如何利用环形缓冲区（Ring Buffer）来优化数据流处理。 第三部分：网络通信、安全与系统优化 现代嵌入式系统越来越需要连接能力和安全性。本部分将视角扩展到网络通信、系统调试以及性能优化策略。 第8章：嵌入式网络通信协议栈 本章侧重于TCP/IP协议栈在嵌入式设备上的实现和裁剪。详细介绍LwIP等轻量级协议栈的结构，重点讲解嵌入式设备常用的数据传输方式，如MQTT（轻量级消息协议）在资源受限设备上的适配，以及如何利用Socket API进行可靠的数据传输。此外，也将涵盖低功耗广域网（LPWAN）的基本概念。 第9章：嵌入式系统中的安全与调试技术 系统安全是不可忽视的一环。本章介绍硬件信任根（Root of Trust）、安全启动（Secure Boot）的基本流程，以及代码保护和固件加密的基本思路。在调试方面，我们将详细讲解JTAG/SWD调试探针的使用，以及如何利用示波器、逻辑分析仪进行硬件层面的时序验证和故障定位，强调“读懂波形”的实践能力。 第10章：系统优化与功耗管理 性能优化不仅是提高运行速度，更是高效利用资源。本章探讨了代码级的优化技巧（如循环展开、位操作的妙用）和编译器优化选项的合理设置。更重要的是，本章将系统性地讲解功耗管理策略，包括如何利用MCU的深睡眠模式、外设时钟门控技术，以及根据任务优先级动态调整CPU频率，实现“按需供给”的能效控制。 结语 本书的每一章都配有大量的代码示例和仿真流程图，旨在引导读者从“知道”走向“做到”。完成本书的学习后，读者将具备独立设计、实现和调试中小型嵌入式系统的能力，为迈入更高阶的领域（如自动驾驶、高端医疗设备等）打下坚实的基础。
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