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出版者:哈工大

作者:刘桂阳

出品人:

页数:281

译者:

出版时间:2008-03-01

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787560326542

丛书系列:

图书标签:

• 互联网
• 网页设计
• Web开发
• 前端开发
• 后端开发
• 网络应用
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• JavaScript
• 网站建设

探秘数字世界的底层逻辑：一本关于嵌入式系统与物联网实践的深度指南 书名：嵌入式系统原理与物联网应用实践 图书简介 在这个万物互联的时代，我们身边的一切设备——从智能手表到工业自动化系统——都离不开“嵌入式系统”的强大内核。然而，要真正驾驭这些“隐形”的技术力量，需要的不仅仅是表面上的应用操作，更需要深入理解其硬件、软件和网络通信的底层逻辑。 《嵌入式系统原理与物联网应用实践》正是这样一本旨在为你揭示数字世界幕后工作机制的深度指南。它摒弃了对基础概念的浅尝辄止，转而聚焦于当前工业界和前沿研究中最具挑战性与实践价值的领域。本书不仅是一本教科书，更是一份带领读者从零开始构建、调试和优化复杂嵌入式系统的实战手册。 --- 第一部分：奠基石——深度解析嵌入式系统核心架构 本书的开篇聚焦于现代嵌入式系统的基石。我们不会停留在传统的微控制器（MCU）架构描述上，而是直接深入到ARM Cortex-M/R 系列处理器的流水线设计、中断管理与特权级管理的细节之中。读者将学习如何通过寄存器级别的操作，精确控制系统的时序和资源分配，理解什么是真正的“实时性”。 1. 处理器架构的深入剖析： 重点讲解内存保护单元（MPU）和总线仲裁机制。例如，如何配置 MPU 来隔离关键任务与非关键任务的内存访问，从而增强系统的安全性与稳定性。 2. 实时操作系统（RTOS）的精髓： 我们将以 FreeRTOS 为核心案例，但重点不在于 API 的罗列，而在于 RTOS 调度算法（如优先级继承、死锁预防）的数学模型与实现细节。书中会详细拆解上下文切换的硬件支持以及软件定时器与信号量的底层实现原理。理解这些，才能在系统资源受限时做出最优的性能决策。 3. 低功耗设计与电源管理： 在移动和便携式设备领域，功耗是决定成败的关键。本部分将深入探讨动态电压和频率调节（DVFS）的实现、不同睡眠模式（Sleep, Stop, Standby）的功耗差异，以及如何通过固件优化（如事件驱动编程）来最大化电池寿命。 --- 第二部分：连接的艺术——物联网（IoT）通信协议栈的实战构建 嵌入式系统只有连接起来才有意义。本书的第二部分完全聚焦于如何让这些“智能”设备可靠、高效地融入广阔的物联网生态。我们关注的不是如何使用现成的云平台 SDK，而是如何构建和理解这些 SDK 背后的通信层。 1. 嵌入式网络协议栈的优化： 详细介绍了 TCP/IP 协议栈在资源受限环境下的裁剪与优化。讨论LWIP 协议栈的内存池管理以及如何针对低带宽、高延迟的网络环境（如 NB-IoT/LoRaWAN）调整窗口大小和拥塞控制算法。 2. MQTT 协议的深度定制： MQTT 是物联网的基石，但其性能高度依赖于 QoS 等级的正确选择。本书将展示如何根据应用场景（例如，传感器数据上报、远程指令控制）动态调整 QoS 0, 1, 2 的选择，并探讨TLS/SSL 握手过程在嵌入式设备上的资源消耗与优化策略。 3. 边缘计算与数据预处理： 物联网的趋势正从“云中心”转向“边缘智能”。我们将介绍如何在设备端实现轻量级的数据过滤、特征提取（如简单的傅里叶变换或卡尔曼滤波），减少不必要的数据上传，从而降低网络负载和云端处理成本。书中会提供使用固定点运算代替浮点运算的技巧，以适应低端处理器的限制。 --- 第三部分：安全与可靠性——构建坚不可摧的嵌入式系统 在智能工厂、医疗设备和自动驾驶等关键领域，系统的安全性和可靠性是不可妥协的红线。本书将花费大量篇幅讲解如何从固件层面构建防御体系。 1. 固件更新（FOTA/OTA）的原子性与安全性： 无线固件更新是连接系统的生命线。我们将详细分析A/B 分区策略、滚回机制（Rollback）的实现，并使用数字签名校验确保只有授权的固件才能被安装。理解这些机制，能够防止设备在更新过程中“变砖”。 2. 硬件信任根（RoT）与安全启动： 深入探讨可信启动（Secure Boot）的流程，讲解如何利用片上集成的加密硬件加速器（如真随机数生成器 TRNG 和硬件加速 AES/SHA 模块）来保护密钥和固件完整性。 3. 异常处理与调试技术： 面对难以复现的系统崩溃，我们需要更专业的工具。本书将教授如何利用硬件调试探针（如 J-Link/ST-Link）配合高级调试器，进行实时内存快照分析、指令级单步跟踪，以及如何设计健壮的看门狗（Watchdog）和故障注入测试流程。 --- 目标读者与本书特色 本书面向的读者是已经具备 C/C++ 编程基础，并希望从“应用层使用者”跃升为“底层架构设计者”的工程师、高级技术爱好者或相关专业的研究生。 本书的独特价值在于： 强调底层实现而非封装： 每一个高级特性都追溯到寄存器和硬件规范。 跨平台通用性： 核心原理基于行业标准（ARM, TCP/IP, RTOS 规范），并结合主流芯片平台（如 STM32、ESP32 或更高性能的 Cortex-A 系列入门）进行案例演示。 聚焦工程实践难点： 涵盖了功耗优化、固件安全、实时调试等在实际项目中经常遇到的“硬骨头”问题。 通过《嵌入式系统原理与物联网应用实践》，您将不再只是使用工具，而是成为那个定义、构建和掌控数字世界连接能力的工程师。

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