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出版者:John Wiley & Sons Ltd

作者:R. Maynard

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2009-10-30

价格:398.00元

装帧:Paperback

isbn号码:9780470744024

丛书系列:

图书标签:

• Symbian
• SQL
• Database
• Mobile
• Programming
• Embedded Systems
• Data Management
• C++
• SQLite
• Developer
• Tutorial
• Reference

好的，这是一本关于深度探究嵌入式系统软件架构与底层驱动设计的专业书籍的详细介绍。 --- 深入嵌入式系统软件架构：从硬件抽象到实时调度 本书旨在为资深嵌入式软件工程师、系统架构师以及对复杂底层系统有浓厚兴趣的研究人员，提供一套全面、深入且实用的技术解析。本书聚焦于现代嵌入式系统中最为关键的几个核心领域：硬件抽象层（HAL）的设计哲学、实时操作系统（RTOS）的内核机制、设备驱动模型的演进与优化，以及跨平台移植性与性能调优的实战经验。 第一部分：嵌入式系统构建的基石——硬件抽象与底层接口 在异构化、多核化的现代嵌入式 SoC（System-on-Chip）环境中，如何构建一套既能充分利用硬件特性，又具备良好可移植性的软件架构，是系统成功的关键。本部分将深入剖析如何设计和实现健壮的硬件抽象层（HAL）。 第一章：SoC 架构透视与内存映射I/O的艺术 本章首先从现代嵌入式处理器的微架构层面入手，详细解析了寄存器集、总线结构（如 AMBA AXI/AHB）的运作原理。随后，重点探讨了内存映射I/O（MMIO）的寻址策略、缓存一致性问题，以及在不同编译器和汇编环境下如何安全高效地访问特定物理地址的内存区域。我们将审视几种主流处理器的中断控制器设计，并提供一套标准化的 C 语言接口，用于屏蔽底层差异。 第二章：驱动模型的设计模式与演进 设备驱动是连接操作系统和物理世界的桥梁。本章超越了简单的“读写寄存器”范畴，深入探讨了驱动模型的设计模式。我们将对比传统的字符设备模型、块设备模型与现代的平台驱动模型（如 Linux 内核中的 `platform_driver` 范式）。重点分析了异步通知机制（如中断处理与轮询机制的选择与优化）、DMA（直接内存访问）的正确配置与同步屏障的应用，以确保数据传输的原子性和完整性。对于复杂的总线设备（如 PCIe 或高带宽 SPI），我们将详细演示如何构建多阶段的初始化与资源管理流程。 第三章：电源管理与低功耗设计的软件实现 在资源受限的嵌入式设备中，电源效率至关睹。本章聚焦于软件层面如何介入和控制功耗状态。内容涵盖了操作系统对 CPU 频率调节（DVFS）的接口定义、对外设时钟门的精细控制，以及深度睡眠模式（如 C-states）的唤醒路径管理。我们将通过实际案例，展示如何设计一套低延迟、高可靠性的唤醒源管理框架，平衡系统响应速度与能耗指标。 第二部分：实时性保证与内核机制的深度解剖 实时操作系统（RTOS）是许多嵌入式应用的核心。本部分将剖析 RTOS 内核中那些决定系统行为和确定性的核心算法。 第四章：调度器：从抢占到确定性实时 本章深入解析了主流 RTOS 的调度算法。我们不仅会复习经典的固定优先级抢占式调度，还会详细分析基于优先级的继承协议（如 OBP、PNP），以解决优先级反转问题。对于需要严格时间界限的系统，我们将探讨EDF（截止时间首次）调度算法的实现细节，并对比其在资源受限环境下的适用性。性能分析工具（如 Jitter 分析）的使用方法也将被纳入讨论。 第五章：内核对象：信号量、互斥锁与事件标志的精确控制 同步原语是多任务协作的基础。本章将揭示信号量（Semaphore）与互斥锁（Mutex）在内核中的底层实现，包括其等待队列的管理、上下文切换的开销，以及如何通过原子操作（Atomic Operations）保证其操作的线程安全。我们将通过性能陷阱案例，演示不当的锁粒度设计如何导致系统性能的急剧下降。事件标志（Event Flags）和消息队列（Message Queues）的内存分配策略与上下文阻塞/唤醒机制，也将被细致阐述。 第六章：内存管理在嵌入式上下文中的挑战 嵌入式系统对内存的管理往往比通用系统更为苛刻。本章探讨了固定大小内存池（Fixed-Size Memory Pools）、动态堆管理（如 Heap Buddy System）以及 Slab 分配器在 RTOS 中的应用。我们将重点分析内存碎片化对实时系统的影响，并提供一套基于静态预分配和运行时动态伸缩的混合内存分配策略，以优化系统的长期稳定性和响应时间。 第三部分：系统集成、性能调优与诊断 软件开发的高级阶段在于集成、优化和调试。本部分关注如何将分散的组件整合成一个高性能、可维护的整体。 第七章：跨进程通信（IPC）与系统间同步 当系统演进到多核或异构架构时，进程间通信成为必然。本章将分析用于不同域间通信的机制，包括共享内存的同步机制（使用屏障和内存屏障指令）、消息传递的序列化与反序列化开销，以及基于内核管道或套接字的通信模式。我们将评估不同 IPC 机制的延迟和吞吐量，并为特定应用场景推荐最佳实践。 第八章：固件更新（OTA）与安全启动机制 在产品生命周期管理中，安全和可靠的固件空中更新（OTA）至关重要。本章详细介绍 A/B 分区方案、原子更新策略以及回滚机制的设计。此外，我们将探讨安全启动（Secure Boot）链条的建立，包括信任根（Root of Trust）的建立、代码签名验证流程，以及如何防止恶意固件的加载。 第九章：性能剖析与系统级调试技巧 没有度量，就没有优化。本章教授工程师如何使用工具链和特定硬件特性进行深入的性能分析。内容包括：如何利用硬件性能计数器（PMC）来追踪缓存未命中率、分支预测失误和指令周期；如何使用示波器和逻辑分析仪协同调试复杂的时序问题；以及如何构建一个非侵入式的日志和调试探针系统，用于远程诊断生产环境中的罕见故障。 --- 本书的特点： 实践导向： 理论阐述后紧跟经过实践检验的代码范例和设计图示。 底层深入： 避免停留在 API 层面，深入到汇编级操作和硬件寄存器交互。 架构思维： 强调在设计初期就考虑可扩展性、可维护性和实时性约束。 读者对象： 具备 C/C++ 编程基础，并对嵌入式操作系统的内部机制有至少三年实践经验的专业人士。掌握本领域知识后，读者将有能力设计和维护下一代高性能、高可靠性的嵌入式核心系统。

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