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出版者:7-81124

作者:张迎新

出品人:

页数:285

译者:

出版时间:2008-1

价格:29.00元

装帧:

isbn号码:9787811241938

丛书系列:

图书标签:

• 单片机
• 嵌入式系统
• 应用设计
• C语言
• 电子工程
• 实践教程
• 入门
• STC
• 51单片机
• 硬件设计

深入浅出：嵌入式系统与现代电子设计实践指南 本书旨在为电子工程、计算机科学以及相关领域的技术人员和进阶学习者提供一个全面、深入且极具实践性的嵌入式系统设计与应用开发参考。它聚焦于现代嵌入式系统的核心理论、主流开发工具链的掌握，以及复杂项目的设计、实现与调试方法。 --- 第一部分：嵌入式系统基石与硬件接口深度解析 本部分将彻底梳理嵌入式系统设计所需的底层硬件知识与软件交互机制，为后续的高级应用开发打下坚实的基础。 第一章：现代嵌入式处理器架构概览 指令集架构（ISA）的演变与选择： 详细对比 RISC-V、ARM Cortex-M/A 系列的特点、流水线机制、特权级管理及其在不同应用场景下的选型考量。 内存系统与缓存策略： 深入探讨内存映射（MMU/MPU）、Cache 工作原理（写策略、替换算法）、以及非易失性存储（Flash、EEPROM）的读写时序与寿命管理。 中断系统与实时性保证： 剖析嵌套向量中断控制器（NVIC）的工作流程、中断优先级分组、竞态条件（Race Condition）的识别与消除方法，以及如何利用中断延迟分析工具进行实时性评估。 第二章：高效能的片上总线与外设交互 片上总线协议详解（AHB/AXI/APB）： 剖析不同总线在系统中的定位、仲裁机制、突发传输（Burst Transfer）的优化技巧，以及如何通过总线矩阵实现高效的数据吞吐。 精密定时器与脉冲宽度调制（PWM）： 讲解高级定时器模块（如互补输出、死区插入、捕获/比较模式）在电机控制和电源管理中的高级应用。深入探讨如何通过软件算法补偿硬件PWM的非线性误差。 模数/数模转换器（ADC/DAC）的高级配置： 覆盖多通道扫描模式、欠采样与过采样技术、噪声抑制滤波器的硬件实现，以及高速数据采集中的同步采样问题。 第三章：通信接口的底层实现与协议栈剖析 串行通信的高级应用： UART/USART 的波特率精确生成与错误校验；SPI/I2C 的多主多从配置、时钟同步技术，以及在传感器网络中的主设备轮询策略。 工业级现场总线协议： 重点解析 CAN/CAN FD 的报文结构、仲裁机制、错误帧检测与恢复流程。介绍 RS-485 的电气特性与多节点网络拓扑设计。 面向网络化的通信接口： 探讨以太网 MAC 层（如 LwIP 协议栈集成）的驱动编写要点，以及 USB Device/Host 模式下的端点（Endpoint）管理与描述符配置。 --- 第二部分：嵌入式软件开发与系统级编程 本部分聚焦于软件架构设计、操作系统选择与应用层开发技巧，强调代码质量、可维护性与系统性能的平衡。 第四章：裸机编程与启动过程的精细控制 汇编语言在嵌入式中的角色： 学习处理器启动序列（Reset Vector）、堆栈初始化、全局变量的内存布局，以及中断向量表的设置。 链接脚本（Linker Script）的定制： 如何精确控制代码段（.text）、数据段（.data, .bss）在内部FLASH和RAM中的映射位置，以满足特定启动需求（如BootLoader设计）。 低功耗模式与电源管理： 详细介绍不同睡眠模式的唤醒源配置、时钟门控（Clock Gating）的应用，以及快速进入/退出休眠状态的时序控制。 第五章：实时操作系统（RTOS）的深度应用 RTOS 内核原理与任务调度： 深入解析优先级继承、优先级天花板协议，以及时间片轮转、抢占式调度的实现细节。 同步与互斥机制的高效利用： 区分信号量、互斥锁（Mutex）与事件组（Event Flags）的应用场景，重点讨论死锁（Deadlock）的预防与调试方法。 内存管理在 RTOS 中的挑战： 分析静态内存池与动态内存分配（如 Heap Manager）的效率对比，以及内存碎片化对系统稳定性的影响。 第六章：驱动程序设计与硬件抽象层（HAL）的构建 设备驱动的层次化设计： 遵循 Linux/嵌入式驱动模型，设计清晰的硬件抽象层（HAL），实现与底层寄存器访问的解耦。 DMA（直接内存访问）的高效利用： 讲解 DMA 控制器的链表模式、循环模式配置，以实现零拷贝（Zero-Copy）数据传输，减轻 CPU 负担。 固件升级（OTA/FOTA）机制设计： 探讨双备份分区（A/B Slot）的实现、启动加载器（Bootloader）的校验逻辑，以及保证升级过程原子性（Atomicity）的策略。 --- 第三部分：系统调试、测试与现代工具链 本部分强调工程实践中的质量保证与问题排查能力，介绍行业标准的调试工具与流程。 第七章：高级调试技术与故障排除 硬件调试接口的深入运用： JTAG/SWD 协议的原理、断点设置（硬件/软件断点）、观察点（Watchpoint）的配置，以及寄存器跟踪机制。 逻辑分析仪与示波器的协同调试： 如何利用时序图、协议解码功能（如 SPI/I2C/UART 协议分析），快速定位通信时序错误和电平异常。 系统级性能分析： 使用事件追踪工具（如 ARM ETM）采集代码执行轨迹，分析函数调用耗时，识别热点代码段。 第八章：软件测试、静态分析与代码质量 单元测试框架的集成： 介绍流行的嵌入式单元测试框架（如 CppUTest 或 Google Test 嵌入式移植版），实现关键算法和驱动模块的自动化回归测试。 静态代码分析工具链： 配置 MISRA C/C++ 规则检查器，利用 Lint 工具进行潜在的指针错误、未初始化变量的早期捕获。 错误日志与看门狗管理： 设计健壮的错误码系统，实现非易失性存储的故障日志记录。合理配置硬件/软件看门狗的复位策略。 --- 本书面向的读者是那些已经熟悉某一特定微控制器系列（如 STM32/ESP32/PIC 等）的基础操作，但希望将知识体系提升到系统架构、底层原理和复杂工程实践层面的工程师。它不仅教授“如何做”，更深入探讨“为什么这样设计”的工程哲学。

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