Introduction to Embedded System Design Using Field Programmable Gate Arrays pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer

作者:Dubey

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:2008-1

价格:842.00

装帧:精装

isbn号码:9781848820159

丛书系列:

图书标签:

• 嵌入式系统
• FPGA
• 硬件设计
• 数字逻辑
• Verilog
• VHDL
• 系统设计
• 可编程逻辑器件
• 电子工程
• 计算机工程

好的，这是一本图书的简介，该书深入探讨了嵌入式系统设计的核心概念，重点关注使用特定硬件架构来实现高效、定制化的解决方案。 嵌入式系统架构与高级实现技术 内容概述 本书旨在为读者提供一个全面且深入的视角，以理解现代嵌入式系统的设计哲学、关键组件以及高级实现方法。我们摒弃了对特定商业化开发板的依赖，转而聚焦于嵌入式系统设计背后的基本原理、权衡取舍以及面向性能和资源优化的工程实践。全书结构清晰，从基础的硬件-软件协同设计模型出发，逐步深入到实时操作系统的原理、低功耗设计策略，以及如何利用先进的硬件描述语言（HDL）进行复杂逻辑的精确建模。 本书特别强调系统级思维在嵌入式设计中的重要性，即如何从一开始就将硬件约束、软件需求和最终应用场景的需求（如功耗、延迟、可靠性）统一起来进行考量和优化。 第一部分：嵌入式系统基础与硬件抽象层 (HAL) 本部分奠定了坚实的理论基础，解释了嵌入式系统区别于通用计算系统的本质特征。 第一章：嵌入式系统设计范式 深入剖析嵌入式系统的定义、分类及其在不同行业（如工业控制、消费电子、医疗设备）中的典型应用。重点探讨了实时性要求和资源受限这两个核心约束如何驱动设计决策。我们将比较基于微控制器（MCU）和基于微处理器（MPU）架构的优劣，并介绍设计流程中的关键阶段：需求分析、架构选择、原型验证及最终部署。 第二章：处理器核心与指令集架构（ISA） 详述主流嵌入式处理器架构（如ARM Cortex-M/R/A系列的基础原理）。内容涵盖流水线操作、异常处理机制、内存保护单元（MPU）的配置与使用。我们将通过实例说明，理解特定ISA特性如何影响代码生成效率和功耗表现。本章还涵盖了内存层次结构（缓存、SRAM、Flash）对系统性能的关键影响。 第三章：硬件抽象层（HAL）与驱动程序设计 HAL是连接裸机硬件与上层软件应用的关键桥梁。本章细致讲解如何设计健壮、可移植的HAL。内容包括： 中断服务程序（ISR）的设计与最佳实践：包括原子操作、临界区保护和中断延迟的分析。 定时器与PWM模块的精确控制：如何利用硬件定时器实现高精度时间测量和信号生成，并讨论时钟域同步问题。 外设接口编程：详细讲解I2C、SPI、UART等串行通信协议在寄存器级和抽象层级的实现差异与性能对比。 第二部分：实时性、并发与操作系统支持 本部分将重点放在确保嵌入式应用满足严格时间约束的设计方法论，以及管理系统复杂性的工具。 第四章：实时性分析与时间预算 实时系统的核心在于可预测性而非原始速度。本章介绍最坏执行时间（WCET）的概念，以及如何进行静态和动态时间分析。我们将学习如何分解任务，识别关键路径，并利用时间预算模型来保证任务调度的确定性。 第五章：实时操作系统（RTOS）内核机制 深入探讨主流RTOS（如FreeRTOS、Zephyr等）的核心组件。内容包括： 任务调度算法：对比优先级抢占式、轮转调度与混合调度模式的优缺点。 同步与互斥机制：信号量、互斥锁（Mutex）、事件标志（Event Flags）的正确使用，以及避免死锁和优先级反转的策略。 内存管理在资源受限环境下的挑战：静态内存分配、动态内存池（Memory Pooling）的设计与实现。 第六章：嵌入式软件的模块化与状态管理 讲解如何应用设计模式（如有限状态机FSM、发布/订阅模式）来管理复杂嵌入式软件的状态流。本章强调代码的可维护性和测试性，介绍如何使用抽象接口来隔离特定硬件依赖，便于未来进行硬件迭代。 第三部分：功耗、可靠性与系统级优化 本部分关注如何在有限的物理资源和能源预算下实现高性能和长寿命的系统设计。 第七章：低功耗设计技术 功耗是许多电池供电设备的决定性因素。本章系统介绍从架构到代码层面的功耗优化技术： 动态电压与频率调节（DVFS）：根据负载动态调整工作电压和时钟频率。 时钟门控与电源门控：精确控制模块的激活与休眠周期。 睡眠模式与唤醒源管理：高效利用MCU的深度睡眠模式，并管理唤醒延迟。 功耗分析工具与方法：如何使用示波器和专用的电能分析仪来测量和诊断系统功耗热点。 第八章：嵌入式系统的可靠性与容错 讨论在恶劣工作环境下，如何提高嵌入式系统的健壮性。内容涵盖： 错误检测与纠正（EDC）：奇偶校验、循环冗余校验（CRC）在数据传输与存储中的应用。 看门狗（Watchdog Timer）的配置与复位策略：如何设计合理的喂狗时序以区分瞬时故障和系统挂起。 固件更新与回滚机制：安全的OTA（Over-The-Air）或本地固件升级协议设计，确保系统在更新失败时仍能恢复工作。 第九章：嵌入式调试、测试与验证 高效的调试是嵌入式开发的关键。本章介绍： 高级调试技术：JTAG/SWD接口的工作原理，断点、观察点（Watchpoints）的高级应用。 软件单元测试与集成测试：如何在无操作系统或模拟环境中对硬件驱动进行隔离测试。 硬件在环（HIL）仿真基础：利用虚拟环境验证复杂交互逻辑，减少对昂贵物理原型的依赖。 目标读者 本书适合具备一定C/C++基础的电子工程、计算机科学、自动化专业的学生，以及希望从应用层开发转向底层架构设计、寻求更深层次理解嵌入式系统实现细节的专业工程师。读者在阅读完本书后，将能够独立设计、实现并优化面向特定性能和功耗约束的嵌入式硬件与软件协同系统。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆