Handbook of Algorithms for Wireless Networking and Mobile Computing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Boukerche, Azzedine (EDT)

出品人:

页数:1056

译者:

出版时间:

价格:129.95

装帧:HRD

isbn号码:9781584884651

丛书系列:

图书标签:

• 无线网络
• 移动计算
• 算法
• 无线通信
• 移动性管理
• 网络协议
• 性能分析
• 资源分配
• 安全
• 优化

好的，这是一本关于现代嵌入式系统设计与优化的专业著作的简介，内容详实，聚焦于系统级思维、硬件与软件的深度融合，以及面向特定应用场景的性能调优，完全不涉及您提到的“Handbook of Algorithms for Wireless Networking and Mobile Computing”中的任何主题。 --- 嵌入式系统深度解析：从硬件抽象到实时性能调优 导论：构建下一代智能设备的核心基石 在万物互联（IoT）、工业4.0以及高密度计算时代，嵌入式系统已不再是简单的微控制器应用，而是承载了复杂任务、实时决策和网络连接的关键节点。本书旨在为资深工程师、系统架构师以及研究生提供一套全面、深入且极具实践指导意义的知识体系，专注于如何设计、实现和优化面向资源受限环境下的高性能、高可靠性嵌入式平台。 本书的视角超越了单一的编程语言或特定芯片架构，而是聚焦于构建一个完整的、健壮的嵌入式生态系统所需掌握的底层原理、设计范式和前沿技术。我们强调的是系统级思维——理解从晶体管层面到操作系统内核，再到应用层协议栈之间的复杂交互与权衡。 第一部分：底层架构与硬件抽象层（HAL）的精细化控制 本部分深入探讨嵌入式系统的物理基础，并教授如何有效地驾驭异构硬件资源。 第一章：现代微处理器与片上系统（SoC）的深入剖析 本章详细剖析主流嵌入式处理器内核（如ARM Cortex-M/R/A系列，以及RISC-V架构）的流水线设计、缓存一致性机制和内存保护单元（MPU/MMU）的配置。重点讨论分支预测失败的成本分析，以及如何通过指令集优化来最小化延迟。我们还将探讨片上系统（SoC）中集成的专用加速器（如DSP、NPU）的编程模型，强调如何有效地调度任务到最合适的执行单元。 第二章：存储器层次结构与实时访问策略 存储器是嵌入式系统性能的瓶颈之一。本章详细分析SRAM、Flash（NOR/NAND）、eMMC及DRAM的工作特性与时序要求。核心内容包括： 1. 闪存的磨损均衡与读写生命周期管理：在固件更新和日志记录中确保存储介质的长期可靠性。 2. 内存映射与外设寄存器控制：掌握直接访问硬件寄存器的艺术，避免不必要的软件开销。 3. 内存分配器的定制化：针对嵌入式场景（如栈溢出风险、碎片化问题），设计和实现适用于特定工作负载的内存池分配策略（如Buddy System的优化变体）。 第三章：中断、同步机制与低延迟中断服务例程（ISR）设计 实时性是嵌入式系统的生命线。本章将中断处理提升到工程艺术的层面。内容涵盖： 中断控制器（NVIC/PLIC）的精确配置：优先级嵌套与抢占时机分析。 原子操作与同步屏障：使用编译器内置函数和CPU提供的内存屏障指令（如DMB/DSB），确保多核或中断环境下的数据一致性。 延迟分析：测量并最小化从硬件事件触发到ISR执行的整个路径延迟，包括总线仲裁和上下文切换的开销。 第二部分：实时操作系统（RTOS）与任务调度的高级工程 本部分聚焦于如何利用RTOS来管理复杂的并发任务流，并确保系统的确定性。 第四章：RTOS内核的结构与源码级分析 我们不只是学习如何使用API，而是深入内核实现。本章详细解析主流RTOS（如FreeRTOS, Zephyr, 或VxWorks的精简版）的任务调度器、信号量与互斥锁的底层实现。重点剖析优先级反转问题及其在不同同步原语下的解决方案（如Priority Inheritance Protocol, Priority Ceiling Protocol）。 第五章：确定性调度与时间片管理 本章探讨超越基本固定优先级调度的技术。内容包括： 1. 截止时间度量（EDF）与固定优先级（RM）的对比与应用场景。 2. 时间触发（TT）系统的建模与实现：如何使用精确的硬件定时器来构建一个完全可预测的调度框架，适用于高可靠性控制系统。 3. 任务间通信（IPC）的开销权衡：比较消息队列、事件标志组与共享内存的性能特性，并给出最佳实践指导。 第六章：资源受限环境下的功耗优化技术 对于电池供电或热受限的设备，功耗管理至关重要。本章从系统层面探讨优化策略： 动态电压与频率调节（DVFS）：如何根据系统负载动态调整CPU频率以平衡性能与功耗。 深度睡眠模式的精确控制：设计唤醒源（Wakeup Sources）的优先级，最小化唤醒延迟和功耗渗漏。 代码级功耗剖析：利用调试工具分析哪个代码段（如特定的外设读写循环）产生了不成比例的能耗。 第三部分：系统可靠性、调试与验证的工程实践 本部分强调从原型到量产过程中，确保系统稳定性和可维护性的关键技术。 第七章：看门狗、故障注入与系统自恢复机制 构建工业级或医疗级嵌入式系统的核心在于冗余和自愈能力。本章教授如何设计多层次的复位与监控机制： 分层看门狗（HW/SW Watchdog）的协同工作：确保即使操作系统内核锁死，硬件也能介入。 故障注入测试（FIT）：系统性地模拟电源瞬变、内存位翻转等错误，验证系统的鲁棒性。 安全启动（Secure Boot）与代码完整性校验：使用硬件信任根（RoT）确保系统启动过程不被篡改。 第八章：高效的嵌入式调试与运行时分析工具 本书推崇“看不到，就无法优化”的原则。本章重点介绍先进的非侵入式调试技术： 1. JTAG/SWD的高级用法：不仅仅是断点，还包括追踪缓冲区（Trace Buffers）的配置，用于捕获复杂的中断序列。 2. 逻辑分析仪与示波器的结合使用：通过精确测量I/O时序，验证软件与外部设备的交互是否符合协议规范。 3. 性能探查（Profiling）的嵌入式方法：在不使用完整操作系统的环境下，如何进行周期采样分析（Cycle Counting），找出热点代码。 第九章：固件更新（OTA）与版本管理策略 在现代部署中，远程固件更新是必需品。本章探讨安全、原子化的更新机制： A/B分区与金丝雀发布：设计回滚机制，确保更新失败时设备可以安全启动到旧版本。 差分更新（Delta Updates）的实现：如何最小化传输数据量，适应带宽受限的环境。 加密签名与授权：确保只有经过授权的固件才能被系统接受和执行。 结语：迈向自主适应的嵌入式智能 本书的最终目标是培养工程师构建自主适应（Self-Adaptive）的嵌入式系统。通过对硬件、RTOS、调度和验证技术的全面掌握，读者将能够设计出不仅能完成预设任务，还能在动态变化的环境中自我诊断、自我修复并优化性能的下一代智能设备。本书提供的不是一堆现成的代码库，而是一套应对未来嵌入式工程挑战的底层思维框架。

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