具体描述
《普通高等教育"十一五"国家级规划教材配套参考书: 习题解析和实验指导》中第一部分给出了原教材各章的学习要点和习题解析等内容；第二部分给出了三套模拟试题和解答；第三部分为上机实验指导，供读者学习和借鉴。书中的程序经过上机验证，内容丰富，实用性强。
《现代嵌入式系统设计与实践》 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面、深入的嵌入式系统设计与实践的知识体系，涵盖从基础理论到前沿应用的各个层面。本书不仅仅关注特定微控制器的编程细节，更着重于培养读者构建复杂、高效、可靠的嵌入式系统的综合能力。全书内容组织严谨，技术深度与广度兼备，适合作为高等院校相关专业本科生和研究生的教材，也可作为嵌入式系统工程师、硬件设计人员和软件开发人员提升专业技能的参考手册。 第一部分：嵌入式系统基础理论与架构 第一章：嵌入式系统概论与发展趋势 本章首先界定嵌入式系统的概念、特点及其在现代工业、消费电子、医疗和物联网（IoT）中的核心地位。详细阐述了嵌入式系统的基本结构，包括处理器核心、存储器、输入/输出接口和软件栈。深入分析了当前嵌入式领域的技术发展趋势，特别是低功耗设计、实时操作系统（RTOS）的应用深化、边缘计算的兴起以及功能安全（Functional Safety）的重要性。通过对市场主流嵌入式产品案例的剖析，帮助读者建立宏观视野。 第二章：嵌入式处理器选型与架构 本章聚焦于嵌入式系统中“大脑”——处理器的选择与理解。系统地介绍了不同类型的嵌入式处理器架构，包括高性能的CISC/RISC微处理器（如ARM Cortex-A系列）、实时性能卓越的微控制器（如Cortex-M系列），以及针对特定任务优化的DSP和FPGA。重点讲解了指令集架构（ISA）的设计哲学，如流水线技术、乱序执行、缓存一致性机制等对系统性能的影响。此外，还对比了不同处理器在功耗、成本、开发生态系统方面的差异，指导读者进行合理的硬件选型。 第三章：存储器系统与数据管理 一个高效的嵌入式系统离不开优化的存储器结构。本章详述了嵌入式系统中常见的存储器类型，包括易失性存储器（SRAM、DRAM及其DDR标准）和非易失性存储器（Flash、EEPROM、eMMC、UFS）。重点剖析了存储器层次结构、访问时序、位宽设计对系统吞吐量的影响。对于现代系统至关重要的内存管理单元（MMU）和内存保护单元（MPU）的原理和配置方法进行了深入讲解，这是实现操作系统和安全隔离的关键技术。 第二部分：底层软件开发与实时性保证 第四章：汇编语言基础与硬件抽象层（HAL） 尽管高级语言在嵌入式开发中占据主导地位，但对底层汇编语言的理解是优化性能、理解中断处理和实现启动代码的基石。本章选取主流架构的汇编语言进行基础教学，并重点讲解如何基于寄存器操作构建高效的硬件抽象层（HAL）。HAL的设计目标是屏蔽底层硬件差异，确保应用代码的可移植性，本章提供了构建健壮、模块化HAL的实践指南。 第五章：中断系统与异常处理机制 实时性是嵌入式系统的核心要求之一。本章深入探讨了中断控制器（如NVIC）的工作原理，包括中断优先级管理、嵌套、抢占和延迟分析。详细阐述了系统异常（如复位、硬错误、系统调用）的处理流程和向量表机制。通过实例演示，指导读者如何编写高效、低延迟的中断服务程序（ISR），并讨论了中断去抖动和软件轮询的适用场景。 第六章：实时操作系统（RTOS）原理与应用 本部分是嵌入式软件开发的关键。系统介绍了RTOS的四大核心功能：任务管理、时钟管理、进程间通信（IPC）和内存管理。深入剖析了各种调度算法（如固定优先级、轮转、最早截止时间First-Come, First-Served, EDF）的优劣。IPC机制，包括信号量、互斥锁、消息队列、事件标志和邮箱，被详细讲解了其在并发控制和资源同步中的应用。重点选取主流RTOS（如FreeRTOS, Zephyr）进行实战演练，强调如何避免死锁和竞态条件。 第七章：驱动程序开发与设备交互 嵌入式系统必须与外部世界交互。本章专注于通用和专用外设驱动的开发。内容覆盖串行通信（UART, SPI, I2C）、并行通信（GPIO）、模数/数模转换器（ADC/DAC）、定时器/脉冲宽度调制（PWM）等。讲解了同步与异步数据传输的协议细节，以及如何编写符合操作系统的标准接口（如Linux设备模型或RTOS HAL）的驱动程序，确保驱动的稳定性和效率。 第三部分：系统集成、调试与前沿技术 第八章：嵌入式系统调试与性能分析 调试是嵌入式开发中耗时最长的环节。本章系统介绍了从硬件层到软件层的全方位调试技术。详细讲解了JTAG/SWD调试接口的工作原理，以及如何使用仿真器和调试器进行断点设置、寄存器监视和内存跟踪。此外，本书强调了性能剖析的重要性，介绍了使用逻辑分析仪、示波器进行硬件时序验证，以及使用RTOS感知工具进行任务切换分析、栈溢出检测和功耗剖析的方法。 第九章：嵌入式Linux系统移植与应用 对于需要复杂网络、图形界面或大容量存储的嵌入式应用，嵌入式Linux是首选平台。本章涵盖了嵌入式Linux的启动流程（Bootloader, Kernel, RootFS），Bootloader（如U-Boot）的配置与定制。深入讲解了内核的裁剪、设备树（Device Tree）的编写与使用，以及如何交叉编译应用程序和库。最后，介绍了用户空间的服务管理和服务间通信机制。 第十章：嵌入式网络通信与安全 随着万物互联的发展，网络功能成为嵌入式系统的标配。本章详细介绍了TCP/IP协议栈在嵌入式环境中的实现（如LwIP）。重点探讨了低功耗广域网（LPWAN，如LoRa, NB-IoT）和短距离通信（如Bluetooth LE, Zigbee）的协议栈特性和功耗优化策略。在网络安全方面，本章介绍了TLS/SSL协议的资源受限环境下的应用，以及固件更新（OTA）的安全机制和基本的防篡改设计。 第十一章：低功耗设计与能源管理 能效是许多电池供电嵌入式产品的生命线。本章从架构层面探讨了如何实现超低功耗。内容包括处理器级的休眠模式（Deep Sleep, Standby）和唤醒机制。详细介绍了时钟门控、电源门控技术在软件中的实现。此外，还涵盖了能源采集（Energy Harvesting）技术的基础概念以及如何设计有效的电源管理单元（PMU）来平衡性能与功耗。 第十二章：功能安全与质量保证 对于汽车、航空和医疗等领域的嵌入式系统，功能安全是强制要求。本章引入了IEC 61508和ISO 26262等相关标准的基本概念。讲解了如何通过硬件冗余、软件看门狗（Watchdog）、内存校验（ECC）和运行时错误检测来提高系统的鲁棒性。强调了从需求分析到系统测试全生命周期中的质量控制流程。 本书通过大量的理论讲解、清晰的图示和贴近实际的案例分析，构建了一个完整的现代嵌入式系统知识框架，帮助读者掌握设计和实现下一代智能嵌入式设备的核心技能。
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