Embedded C Programming and the Atmel AVR pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Delmar Cengage Learning

作者:Richard H. Barnett

出品人:

页数:560

译者:

出版时间:2006-06-05

价格:USD 152.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781418039592

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式C语言
• AVR
• Atmel
• 单片机
• 编程
• 电子工程
• 硬件
• 开发
• 嵌入式系统
• C语言

深入解析现代嵌入式系统设计与实践：以ARM Cortex-M系列微控制器为例 图书名称：《现代嵌入式系统设计与实践：基于ARM Cortex-M微控制器的高级应用》 作者： [此处可填入虚构作者姓名，例如：王志明、李明华] --- 内容概要 本书旨在为具备一定电子工程或计算机科学基础的读者提供一个全面、深入且面向实践的嵌入式系统设计指南，重点聚焦于当前业界应用最为广泛的 ARM Cortex-M系列微控制器。不同于传统的仅关注单一微控制器家族的教学书籍，本书采取了系统级、分层设计的视角，旨在培养读者构建复杂、可靠、高性能嵌入式应用的能力。 本书内容涵盖了从硬件基础选型到软件架构设计，再到高级主题如实时操作系统（RTOS）、安全机制和无线连接的完整流程。我们力求通过大量的真实世界案例和代码示例，将理论知识转化为可以直接应用于工业控制、物联网（IoT）设备和消费电子产品中的实用技能。 核心章节与内容详述 第一部分：嵌入式系统基础与ARM Cortex-M架构解析（构建坚实基础） 第1章：嵌入式系统设计范式与开发流程回顾 本章首先回顾了嵌入式系统设计的核心挑战，包括资源受限性、功耗优化和实时性要求。接着，详细阐述了现代嵌入式项目开发的标准流程，包括需求分析、硬件选型、固件架构选择和系统集成测试。重点讨论了基于敏捷（Agile）和迭代（Iterative）方法的嵌入式软件开发策略。 第2章：ARM Cortex-M内核的深入剖析 本章是理解现代嵌入式系统的基石。我们将详细解析Cortex-M系列（如M0/M3/M4/M7）的架构差异，重点放在指令集（Thumb-2）、流水线工作原理、寄存器组和内存映射结构。深入讲解NVIC（嵌套向量中断控制器）的配置机制，包括中断优先级分组、假中断（Spurious Interrupts）处理和中断延迟分析。此外，还将探讨FPU（浮点单元）在Cortex-M4/M7中的应用及其对信号处理效率的影响。 第3章：内存系统与启动过程 本章聚焦于微控制器内部的存储结构。详细介绍Flash、SRAM的组织方式，以及如何通过启动配置（Boot Configuration）流程控制程序从何处加载并开始执行。关键内容包括看门狗定时器（WDT）的初始化、上电复位（POR）流程分析，以及如何利用Linker Script（链接脚本）精确控制代码和数据在内存中的布局，这对实现零初始化（Zero Initialization）和运行时内存保护至关重要。 第二部分：硬件接口与外设驱动开发（直击底层控制） 第4章：系统级时钟与电源管理 本章探讨了系统性能和能效控制的核心——时钟系统。详细讲解PLL（锁相环）、预分频器和系统时钟源的选择与配置，以及如何实现动态频率调节（DVFS）。在电源管理方面，深入分析了低功耗模式（Sleep, Stop, Standby）的切换机制，并介绍了如何使用低功耗定时器和事件唤醒机制来延长电池供电设备的续航时间。 第5章：高级定时器与脉冲宽度调制（PWM） 超越基础的通用定时器，本章聚焦于高级定时功能在电机控制和电源转换中的应用。详述了互补PWM、死区生成（Dead-Time Insertion）的配置，以及如何利用捕获/比较模块实现高精度时间测量和频率反馈控制。本章提供电机FOC（磁场定向控制）的PWM输出初步框架设计。 第6章：通信协议栈的驱动实现 本章致力于构建健壮的通信接口驱动。内容分为三部分： 1. 异步串行通信（UART/USART）： 重点讨论波特率的精确计算、流控制（RTS/CTS）的硬件实现，以及多实例管理。 2. 同步串行总线（SPI/I2C）： 深入讲解主/从模式切换、多设备仲裁、时序约束的满足，以及如何高效处理DMA（直接内存访问）驱动下的数据传输。 3. 现代总线标准（CAN/LIN）： 针对汽车电子和工业控制，详细解析CAN报文的帧结构、过滤器配置和错误管理机制。 第三部分：嵌入式软件架构与实时性保障（迈向复杂应用） 第7章：直接硬件访问与内存映射（HAL vs LL） 本章对比了抽象层驱动（HAL）与底层寄存器操作（LL）的优劣。重点教授如何编写高度可移植、同时具备极致性能的“半定制”驱动层。通过实例演示如何直接操作特定外设寄存器来绕过HAL层的性能开销，实现微秒级的响应时间。 第8章：实时操作系统（RTOS）核心原理与选型 本章是软件架构的核心。详细解析RTOS的内核机制，包括任务调度算法（固定优先级、轮转、抢占式）、上下文切换的汇编级实现、信号量、互斥锁（Mutex）和消息队列（Message Queue）的设计模式。我们将以 FreeRTOS 为主要案例，探讨其配置、移植和资源管理（如内存池）。 第9章：实时性分析与调试 构建RTOS应用后，本章侧重于验证和优化系统的实时性能。讲解关键路径分析（CPA）、任务优先级反转（Priority Inversion）的识别与解决。介绍利用示波器或逻辑分析仪配合硬件触发，对中断延迟和任务切换时间进行精确测量的技术。 第四部分：高级主题与前沿技术整合（系统集成与优化） 第10章：数据传输加速：DMA的应用与优化 本章全面讲解DMA控制器的工作模式（循环、单次、突发模式）。重点在于如何设计高效的DMA传输链（Transfer List），实现跨总线的数据搬运，从而彻底解放CPU核心进行更高级的计算任务。涵盖ADC、定时器和通信外设与DMA的协同配置。 第11章：嵌入式文件系统与存储管理 针对需要持久化存储的设备，本章介绍了嵌入式文件系统的选型（如FATFS, LittleFS）。详细讨论了NAND/NOR Flash的磨损均衡（Wear Leveling）原理，以及如何设计可靠的日志记录机制和配置参数的原子性更新，以防止意外断电导致的数据损坏。 第12章：安全启动与固件更新（OTA/FOTA） 本章面向需要高安全性和可维护性的产品。讲解安全启动链（Secure Boot Chain）的构建，包括ROM代码、BL（Bootloader）和应用固件之间的信任根传递。详细设计基于双Bank（A/B Bank）机制的空中固件更新（OTA）方案，确保更新过程中的系统健壮性和回滚能力。 第13章：网络接入与应用层协议（面向IoT） 本章将系统延伸至网络化设备。介绍如何集成TCP/IP协议栈（如LwIP）到RTOS环境中。重点讲解主流的IoT安全协议 MQTT 的客户端实现，包括QoS等级、遗嘱消息（Last Will and Testament）的配置，以及TLS/SSL握手在资源受限环境下的优化策略。 --- 本书特色与受众 读者对象： 具备C语言基础，希望转向专业嵌入式开发的技术人员。 正在使用或计划切换到ARM Cortex-M平台进行产品研发的工程师。 希望深入理解RTOS内核、驱动底层实现细节的高级学生和爱好者。 核心特色： 1. 平台聚焦与广度兼顾： 深度挖掘Cortex-M家族的通用特性和差异点，同时覆盖驱动、内核、安全和网络等多个关键领域。 2. 实践驱动： 所有理论讲解均配有清晰的硬件抽象层代码片段和寄存器操作示例，强调“动手做”的工程思维。 3. 架构思维培养： 不仅关注“如何做”，更关注“为什么这样设计”，帮助读者建立可扩展、易维护的软件架构能力。 4. 前沿技术融合： 深入探讨了OTA、安全启动等现代嵌入式产品必备的工程实践。

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