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页数:339

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出版时间:2008-5

价格:48.00元

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isbn号码:9787121064098

丛书系列:

图书标签:

• Windows CE
• 嵌入式系统
• 开发实例
• 编程技巧
• C++
• Windows
• 移动开发
• SDK
• API
• 精粹

图书简介：深度剖析嵌入式系统构建与优化之道 本书聚焦于现代嵌入式系统的底层架构、驱动程序设计以及系统级性能优化，旨在为专业工程师和高级爱好者提供一套全面、实用的技术参考框架。我们摒弃对特定历史操作系统的叙述，转而深入探讨跨平台嵌入式设计中的核心挑战与解决方案。 本书分为四个核心部分，共计十八章，旨在构建一个从硬件抽象层到上层应用服务的完整技术栈理解。 --- 第一部分：嵌入式系统基础与硬件抽象层（HAL）构建 本部分为后续深入开发奠定坚实的理论与实践基础，强调硬件与软件高效交互的艺术。 第一章：现代嵌入式处理器选型与架构分析 本章首先对比分析当前主流的嵌入式处理器家族（如基于ARM Cortex-M/R/A系列、RISC-V架构）的指令集特性、流水线深度及内存管理单元（MMU/MPU）的配置差异。重点讨论如何根据应用需求（实时性、功耗、计算密度）进行最优选型。随后，详细阐述缓存一致性、内存屏障（Memory Barriers）在多核及SoC环境下的重要性及其对并发编程的影响。 第二章：启动流程与底层初始化序列的精细控制 嵌入式系统的“黑盒”启动过程是系统稳定性的基石。本章详尽解析从芯片上电（Power-On Reset, POR）到操作系统内核开始执行的完整流程。内容包括：引导加载程序（Bootloader）的层次结构、Flash/ROM中的代码执行切换、时钟树的配置与PLL锁定、低层内存映射（Memory Mapping）的建立。特别关注安全启动（Secure Boot）的基础机制探讨，以及如何通过自定义的启动脚本来最小化启动延迟。 第三章：高效能硬件抽象层（HAL）的设计范式 HAL是连接裸机硬件寄存器与上层软件逻辑的关键桥梁。本章探讨设计一个健壮、可移植HAL的原则。内容涵盖：位操作与宏的优化、寄存器访问的原子性保证、中断控制器（如NVIC/GIC）的初始化与优先级管理。我们提出一种基于面向对象思维的HAL抽象模型，用于管理复杂的外部设备接口，如SPI、I2C、UART等，确保驱动代码的模块化与可测试性。 第四章：直接内存访问（DMA）的高级编程与效率提升 DMA是提升嵌入式系统数据吞吐量的核心手段。本章深入讲解不同类型的DMA控制器（如Scatter-Gather DMA）的工作模式。重点分析如何设计高效的DMA传输描述符，避免CPU干预，并讨论DMA冲突解决机制与循环缓冲区在连续数据流处理（如音频/视频捕获）中的应用。 --- 第二部分：实时内核设计与并发编程范式 实时性是许多嵌入式系统的生命线。本部分深入操作系统内核原理，关注任务调度、同步机制与资源竞争的解决。 第五章：实时内核调度算法的深入剖析 本章超越简单的固定优先级调度，细致对比分析固定优先级继承（Priority Inheritance）、优先级天花板（Priority Ceiling）、以及最早截止时间优先（EDF）等高级调度策略的数学模型与实际应用场景。重点探讨在内核级实现这些算法时，如何处理任务切换的上下文开销。 第六章：多任务同步与资源互斥机制的健壮实现 探讨互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件标志组（Event Flags）等同步原语的内部实现机制。本章着重分析“优先级反转”问题的实际诱因，并提供一套基于内核调试工具的诊断流程，用于定位和解决复杂的同步死锁问题。 第七章：内存管理在嵌入式系统中的挑战与优化 嵌入式系统常面临碎片化和有限内存的挑战。本章详细介绍内存池（Memory Pooling）、边界标签（Boundary Tag）算法的优缺点，以及如何在内存分配器中集成垃圾回收（GC）的轻量级概念。探讨如何使用MMU/MPU来保护关键代码段和数据区域，防止越界访问。 第八章：中断服务程序（ISR）的设计与性能权衡 ISR是实时系统的“特权操作”。本章明确区分“快速路径”（在中断上下文中执行的操作）和“慢速路径”（转移到任务中执行的操作）。提供一套优化ISR执行时间的实战技巧，包括如何最小化上下文切换、如何使用“软中断”或“Deferred Procedure Call (DPC)”机制来延迟非关键处理。 --- 第三部分：驱动程序开发与设备交互深度实践 本部分专注于如何编写高质量、可靠的设备驱动程序，涵盖标准接口与复杂外设。 第九章：总线通信协议与驱动框架构建 本章详细剖析I2C、SPI、CAN等嵌入式常用总线协议的电气特性、时序要求及错误处理机制。提出一种标准化的设备树（Device Tree）描述方法，用于描述硬件拓扑，并讨论驱动程序如何动态解析此描述来初始化对应的总线控制器。 第十章：USB设备协议栈的裁剪与定制 针对嵌入式设备作为USB外设（如CDC、HID、Mass Storage）的场景，本章讲解USB描述符的结构、端点管理与数据包处理流程。重点在于如何精简USB协议栈，减少内存占用，并实现高吞吐量的异步数据传输。 第十一章：显示系统驱动与图形渲染流水线 聚焦于LCD/TFT控制器的初始化、时序同步（VSYNC/HSYNC）。本章讲解如何高效地将帧缓冲数据通过并行或串行接口传输到显示控制器，并探讨DMA与显示流水线的配合，以避免画面撕裂（Tearing）和卡顿。 第十二章：网络协议栈的裁剪与嵌入式TCP/IP优化 针对资源受限的环境，本章指导如何选择和裁剪TCP/IP协议栈（如LwIP）。内容包括：零拷贝（Zero-Copy）技术在接收数据路径上的应用、ARP缓存的管理策略，以及如何针对特定的MAC/PHY硬件进行驱动层优化。 --- 第四部分：系统级优化、调试与可靠性工程 本部分关注如何将高效代码转化为稳定、可靠的最终产品，涵盖性能分析、故障排查及固件更新机制。 第十三章：嵌入式系统功耗管理与动态调频 深入探讨电源管理单元（PMU）的配置。分析不同操作模式（Active, Sleep, Deep Sleep）下的功耗特征。讲解动态电压和频率调整（DVFS）的实现原理，以及如何基于系统负载和任务优先级来智能切换CPU频率，实现节能目标。 第十四章：系统级性能剖析与瓶颈识别 介绍探针（Tracing）技术在嵌入式系统中的应用，如使用JTAG/SWD接口配合逻辑分析仪进行事件关联。重点讲解如何利用性能计数器（Performance Counters）来量化代码热点（Hotspots）和缓存未命中率，并提供针对性的优化建议。 第十五章：固件空中升级（OTA）的可靠性设计 OTA是现代嵌入式产品生命周期的关键。本章详细设计一个健壮的OTA机制，包括：A/B分区策略、加密签名验证、以及在接收和安装过程中确保系统不被“变砖”的原子性回滚机制。 第十六章：看门狗（WDT）的失效保护与系统复位策略 看门狗是系统恢复力的最后一道防线。本章深入讨论如何精确配置窗口看门狗（Windowed Watchdog），区分“假死锁”与“真死锁”。讲解多级复位电路的设计，确保在硬件层级上对非软件可恢复的错误做出响应。 第十七章：嵌入式软件的静态分析与安全加固 介绍利用Lint工具和编译器警告来提高代码质量。讨论缓冲区溢出、整数溢出等常见安全漏洞在嵌入式C/C++代码中的表现形式，并提供防御性编程实践，包括边界检查和数据完整性验证。 第十八章：系统集成与产品化测试流程 本章概述从原型到量产的质量保证流程。内容包括：集成测试（System Integration Test, SIT）、压力测试（Soak Testing）、环境应力测试（如温度/湿度循环测试）对驱动程序和内核稳定性的影响评估，以及如何构建自动化测试脚本来覆盖所有关键功能路径。

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这本书的封面设计着实抓人眼球，那种深邃的蓝色调和简洁的排版，一下子就给人一种专业、严谨的感觉。我拿到手的时候，就忍不住翻了翻目录，对里面的章节布局感到非常满意。它不像有些技术书籍那样堆砌理论，而是明显地把重点放在了实战案例的构建上。光是看章节名称，就能感受到作者在内容组织上的匠心独运，从基础环境的搭建，到核心模块的实现，再到高级功能的调试，每一步都安排得井井有条，逻辑清晰得就像一张完美的路线图。这种结构安排极大地降低了初学者的学习门槛，让人有信心一步步啃下来。而且，从目录的编排方式来看，它显然不是那种东拼西凑的资料汇编，而是经过深思熟虑、精心打磨的作品，旨在为读者提供一个坚实可靠的开发起点。我尤其欣赏它在开篇部分对开发工具链的详尽介绍，这对于刚踏入嵌入式领域的新手来说，简直是雪中送炭，省去了大量的摸索时间。

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从实操层面来看，这本书的配套资源和示例程序的组织方式体现了极高的实用主义精神。每一个实例都不是孤立的玩具程序，而是贴近真实工业场景的微缩模型，这些代码可以直接被拿来参考甚至移植到实际项目中，极大地缩短了开发周期。更重要的是，作者在代码注释中对关键逻辑的解释，详尽到令人感动，几乎把每一步操作背后的意图都交代得清清楚楚。这种“保姆式”的指导风格，让读者在跟随敲代码的过程中，同步完成了对底层机制的吸收。我敢断言，如果严格按照书中的步骤搭建并运行完所有案例，任何一个有一定编程基础的人，都能对整个开发流程形成深刻的肌肉记忆，并建立起独立解决类似问题的能力，这本书的工具属性和学习属性达到了完美的统一。

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这本书的排版和图表质量堪称一流，这一点在技术书籍中尤为重要，往往决定了阅读的流畅度。印刷的清晰度非常高，无论是代码片段还是系统架构图，细节都纤毫毕现，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。那些用于解释数据流和模块交互的流程图和时序图，绘制得极其专业，线条干净利落，标注精准到位，大大提高了对复杂系统逻辑的理解效率。很多技术书为了节约成本，会把图表做得模糊不清，但这本书显然没有在这方面妥协，这表明出版社和作者对最终产品的质量有着极高的要求。翻阅过程中，我注意到代码块的字体选择也非常合理，缩进和高亮都做得恰到好处，使得阅读代码本身变成了一种享受，而不是费力的解码过程。

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这本书的深度与广度达到了一个惊人的平衡点。它一方面扎根于基础理论，确保读者建立起坚实的知识体系；另一方面，它又勇敢地触及了许多前沿和棘手的实际问题，并给出了可行的解决方案。我最欣赏它对异常处理和性能优化的探讨部分。很多教程只教你“怎么做”，却很少深入讲解“为什么这么做”以及“做错会怎样”。但这本书不同，它不仅提供了标准的实现路径，还详细分析了不同实现方式的优劣，甚至连操作系统层面的中断处理细节也进行了剖析，这对于渴望从“会写代码”进阶到“精通系统”的进阶读者来说，价值无可估量。它提供的不仅仅是代码示例，更是一种系统级的思维模型，帮助读者构建起一个完整的知识框架。

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这本书的语言风格非常平易近人，丝毫没有那种高高在上的技术说教感。作者在阐述复杂概念时，总是能够找到恰当的比喻和类比，使得那些原本晦涩难懂的底层原理，变得如同日常对话般清晰明了。我记得在讲解某个内存管理机制时，作者用了一个非常生动的例子，一下子就让我茅塞顿开，以前看了好几本其他书都没搞明白的地方，居然在这本书里迎刃而解。这种叙述方式，极大地提升了阅读体验，让枯燥的学习过程变得充满乐趣。读起来完全没有那种“硬啃书本”的感觉，更像是在听一位经验丰富的前辈手把手指导。此外，作者在行文中时不时穿插的个人经验和“避坑指南”，更是价值连城，这些都是官方文档里找不到的“独家秘籍”，体现了作者深厚的实战功底和对读者真诚的关怀。

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