Embedded System Design with C8051 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Huang, Han-Way

出品人:

页数:818

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 288.09

装帧:

isbn号码:9780495471745

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式系统
• C8051
• 单片机
• 设计
• C语言
• 硬件
• 软件
• 电子工程
• 微控制器
• 实践
• 教程

嵌入式系统设计：原理、实践与前沿探索 本书旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统设计知识体系，覆盖从基础理论到高级应用、从软硬件协同到系统优化等各个关键环节。我们不局限于特定芯片平台，而是聚焦于嵌入式系统设计中普适性的核心概念、关键技术和通用方法论，使读者能够举一反三，灵活应对不同项目需求。 第一部分：嵌入式系统基础理论与体系架构 本部分将为读者构建坚实的理论基础，为后续深入学习打下坚实根基。 什么是嵌入式系统？ 定义与特征：深入剖析嵌入式系统的定义，理解其“嵌入”于更大系统中的本质，以及实时性、功耗、成本、可靠性等核心特征。 应用领域：广泛探讨嵌入式系统在消费电子、工业控制、汽车电子、医疗设备、通信网络、航空航天等各个领域的广泛应用，通过真实案例激发读者兴趣。 与通用计算机的区别：对比嵌入式系统与通用计算机在硬件架构、软件特性、开发模式上的显著差异。 嵌入式系统硬件架构 微处理器与微控制器：详细介绍CPU核心（如ARM Cortex-M系列、RISC-V等）、存储器（RAM, ROM, Flash）、外围设备接口（GPIO, UART, SPI, I2C, ADC, DAC, Timer/Counter, PWM等）的工作原理和设计考量。 总线接口与通信协议：讲解各种常见的总线技术（如AHB, APB）和通信协议（如USB, Ethernet, CAN, LIN）的接口设计和通信机制。 电源管理与功耗优化：深入探讨低功耗设计技术，包括动态电压频率调整（DVFS）、电源门控、休眠模式等，以及如何在硬件层面实现高效能耗比。 嵌入式系统中的传感器与执行器：介绍各类常用传感器（温度、湿度、光、压力、加速度等）和执行器（电机、LED、继电器等）的接口原理、数据采集与控制方法。 嵌入式软件架构与开发流程 裸机编程：从最基础的寄存器操作入手，讲解如何直接控制硬件，理解底层驱动的编写方法。 实时操作系统（RTOS）：全面介绍RTOS的核心概念，如任务调度（优先级、时间片轮转、多任务同步与通信）、中断处理、内存管理、信号量、互斥锁等。我们将分析主流RTOS（如FreeRTOS, RT-Thread, Zephyr等）的设计思想与API使用。 嵌入式Linux：阐述嵌入式Linux的系统架构、内核裁剪、设备驱动模型、用户空间应用程序开发流程，以及如何构建定制化的Linux发行版。 软件开发流程：详细分解嵌入式软件开发的各个阶段：需求分析、系统设计、编码实现、集成测试、单元测试、系统测试、调试与维护。 嵌入式软件与硬件的协同：强调软硬件之间紧密的协同关系，如何通过合理的接口设计和通信机制实现高效的软硬件集成。 第二部分：核心技术与进阶实践 本部分将深入探讨嵌入式系统设计中的关键技术，并提供实用的实践指导。 中断系统与异常处理 中断原理与中断向量：深入理解中断的产生、中断请求（IRQ）、中断服务例程（ISR）的编写与管理。 异常处理机制：讲解硬件异常（如总线错误、除零）、软件异常的处理流程，以及如何编写健壮的异常处理代码。 中断与实时性：分析中断对系统实时性的影响，以及如何通过中断优先级、嵌套等技术优化中断响应。 内存管理与数据存储 内存映射：理解CPU如何通过内存地址访问各种硬件资源和存储单元。 数据结构与算法在嵌入式系统中的应用：分析在资源受限的嵌入式环境中，如何选择和优化数据结构与算法。 非易失性存储器（NVM）：深入讲解Flash存储器、EEPROM等的工作原理、读写操作、磨损均衡技术，以及数据持久化策略。 SD卡与文件系统：讲解SD卡接口协议、FAT文件系统在嵌入式设备中的应用，以及如何读写SD卡中的文件。 通信协议栈设计与实现 串行通信（UART, SPI, I2C）：详细介绍各种串行通信接口的工作原理、数据传输格式、握手机制，并提供实际应用案例。 网络通信（TCP/IP, UDP）：讲解TCP/IP协议栈在嵌入式系统中的移植与应用，如何实现网络连接、数据收发，以及Socket编程。 无线通信（Bluetooth, Wi-Fi, LoRa）：介绍常见的无线通信技术，包括其通信原理、协议栈、功耗特点，以及在物联网（IoT）等领域的应用。 工业通信协议（CAN, Modbus, Profibus）：深入讲解在工业自动化领域常用的通信协议，包括其报文格式、通信方式、在分布式控制系统中的应用。 嵌入式系统调试与测试技术 硬件调试工具：详细介绍JTAG, SWD等硬件调试接口，以及配合使用的调试器（如SEGGER J-Link, ST-Link），讲解断点设置、单步执行、变量监视、内存查看等调试技巧。 软件调试工具：深入讲解printf重定向、日志系统、性能分析工具（Profiler）等软件调试方法。 逻辑分析仪与示波器：介绍如何使用逻辑分析仪和示波器来分析信号时序、协议时序，排查硬件通信问题。 单元测试与集成测试：阐述单元测试和集成测试在嵌入式软件开发中的重要性，以及常用的测试框架和方法。 故障注入与可靠性测试：探讨如何通过故障注入等手段来评估系统的鲁棒性和可靠性。 第三部分：嵌入式系统前沿探索与发展趋势 本部分将带领读者展望嵌入式系统的未来，探索最新的技术发展和应用方向。 物联网（IoT）与嵌入式系统 IoT系统架构：讲解IoT设备、网关、云平台之间的通信模式与数据交互。 低功耗广域网（LPWAN）：深入介绍LoRaWAN, NB-IoT等LPWAN技术，分析其在长距离、低功耗IoT应用中的优势。 IoT安全：探讨IoT设备的安全挑战，包括数据加密、认证、固件更新安全等。 人工智能（AI）与嵌入式系统 边缘AI：讲解如何在嵌入式设备上部署和运行AI模型，包括模型优化、推理引擎、硬件加速等。 嵌入式机器学习算法：介绍适合在资源受限环境下运行的机器学习算法，如TinyML。 AI在嵌入式系统中的应用：探讨AI在智能家居、自动驾驶、工业质检等领域的应用案例。 嵌入式系统安全 嵌入式系统的安全威胁：分析嵌入式系统面临的各类安全风险，如固件漏洞、侧信道攻击、物理篡改等。 安全设计原则：讲解安全设计的基本原则，如最小权限、纵深防御、安全启动等。 加密技术在嵌入式系统中的应用：介绍对称加密、非对称加密、数字签名等技术在嵌入式安全中的应用。 硬件安全模块（HSM）与安全元素（SE）：讲解这些专用硬件如何提供更高级别的安全保障。 嵌入式系统开发工具链与生态系统 交叉编译工具链：讲解如何搭建和使用交叉编译环境，为目标平台生成可执行代码。 构建系统：介绍Make, CMake等构建工具在嵌入式项目中的应用。 版本控制系统（Git）：强调Git在团队协作和项目管理中的重要性。 嵌入式开发板与原型设计：介绍各种主流的嵌入式开发板（如Raspberry Pi, Arduino, ESP32等）及其生态系统，鼓励读者动手实践。 贯穿全书的实践导向 本书强调理论与实践相结合，每一个概念的讲解都将辅以清晰的逻辑解释和可能的代码片段示例（非特定芯片，而是通用C语言风格），并在条件允许时，引导读者思考如何在实际项目中进行应用。我们鼓励读者通过搭建开发环境、编写示例代码、调试和测试来加深理解，最终掌握独立进行嵌入式系统设计的能力。 本书的内容设计旨在培养读者解决实际问题的能力，而非仅仅记忆枯燥的知识点。通过对嵌入式系统底层原理的深入剖析，对关键技术细节的详尽解读，以及对前沿发展趋势的广泛涉猎，读者将能够构建起完整的知识体系，为未来的嵌入式系统设计之路奠定坚实的基础，并能够自信地应对不断变化的行业需求和技术挑战。

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