Practical Aspects of Embedded System Design using Microcontrollers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Parab, Jivan S./ Shinde, Santosh A./ Shelake, Vinod G./ Kamat, Rajanish K./ Naik, Gourish M.

出品人:

页数:172

译者:

出版时间:

价格:1073.00 元

装帧:

isbn号码:9781402083921

丛书系列:

图书标签:

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

好的，这是一本名为《微控制器嵌入式系统设计的实践：高级主题与前沿应用》的图书简介。 --- 《微控制器嵌入式系统设计的实践：高级主题与前沿应用》 图书简介 在当今快速发展的技术领域中，嵌入式系统已成为连接物理世界与数字智能的关键桥梁。从消费电子到工业自动化，再到物联网（IoT）的广阔疆域，对高效、可靠且功能强大的微控制器（MCU）驱动系统的需求日益增长。本书旨在超越基础的MCU编程入门，深入探讨微控制器系统设计中那些决定产品成败的关键“实践”层面，特别聚焦于那些在教科书或初级指南中常被略过的高级优化、复杂交互以及前沿应用技术。 本书的定位是为具备一定微控制器编程经验的工程师、高级电子设计专业学生以及希望将原型设计推向商业化和专业化的开发者提供一本实用的参考手册和深度指南。它不再专注于某一特定品牌的MCU（如STM32、AVR或PIC）的语法细节，而是着重于跨平台、跨架构的通用设计原则、性能优化策略和系统级思维的培养。 核心内容聚焦与深度解析 本书的结构围绕嵌入式系统设计的四大核心支柱展开：实时性与性能优化、可靠性与鲁棒性设计、低功耗与能效管理，以及系统集成与前沿接口技术。 第一部分：深度实时性与性能工程 本部分将深入剖析嵌入式系统中的时间约束管理，这是确保系统行为可预测性的基石。我们将超越简单的轮询和中断服务程序（ISR）的定义。 复杂中断管理与嵌套延迟分析： 探讨如何使用向量中断控制器（VIC）的高级特性，精细控制中断优先级、仲裁机制，并量化和最小化上下文切换的开销。重点分析“中断抖动”（Jitter）对高精度控制算法的影响，并提出基于固定优先级继承协议（Priority Inheritance Protocol, PIP）或最高优先级等待（Highest Priority First, HPF）的实时调度策略应用。 实时操作系统（RTOS）的精益化应用： 不仅仅是学习FreeRTOS或Zephyr的基本API，而是探讨内核对象的选择对内存占用和执行效率的影响。内容涵盖消息队列的阻塞策略选择、信号量的避免使用与信号的替代方案，以及如何针对特定应用场景（如功耗敏感型或高吞吐量型）配置和裁剪RTOS内核，以实现最小化的RAM/ROM占用。 内存访问优化与缓存策略： 深入研究现代高性能MCU内部的存储器层级结构（Cache L1/L2，SRAM，外部Flash/DRAM）。讲解如何通过代码布局（如使用`__attribute__((section(".fast_code")))`）和数据对齐，最大化缓存命中率，并讨论在无MMU或MPU的裸机环境中，如何通过编程技巧模拟简单的内存保护和区域隔离。 第二部分：系统鲁棒性与故障容忍设计 一个专业的嵌入式产品必须能在恶劣环境下长期稳定运行。本部分关注如何构建“坚不可摧”的系统。 看门狗定时器（WDT）的进阶应用： 讨论传统的定时喂狗方式的局限性。引入“窗口看门狗”（Windowed WDT）的应用场景，以及如何结合软件状态机来判断系统是否进入了“死锁”状态，而非仅仅是程序跑飞，从而实现更智能的复位策略。 异常处理与栈溢出检测： 详细解析MCU硬故障（如总线错误、非法指令）的捕获机制。重点讲解如何在启动代码（Startup Code）中植入自定义的栈监控器，实时检测栈指针的边界条件，并在检测到溢出前主动触发安全降级模式。 数据完整性与非易失性存储保护： 探讨EEPROM/Flash存储中的数据持久化问题。内容包括写入磨损均衡（Wear Leveling）的软件实现，以及利用CRC校验、双重冗余存储（Shadow Copy）来对抗上电瞬变或系统崩溃导致的数据损坏。 第三部分：能效管理与极限功耗设计 对于电池供电设备而言，能源效率是核心竞争力。本部分侧重于如何精细地控制MCU的每一个耗能环节。 深层电源模式管理与唤醒源同步： 不仅限于进入Stop/Standby模式，而是详细分析不同睡眠模式下外设（如ADC、定时器、通信端口）的保持状态和唤醒延迟。重点讲解如何利用低功耗实时时钟（LPTIM）或低功耗通用异步收发器（UART）作为精确的唤醒源，实现毫秒级的功耗-响应权衡。 动态时钟门控与频率调节（DVFS）： 探讨如何根据任务负载实时调整MCU主频（或核心电压，如果硬件支持），以在保证性能的前提下最大限度降低动态功耗。介绍如何基于系统负载的实时度量（如CPU利用率统计）来驱动频率调节算法。 外设的独立电源域控制： 在高级SoC/MCU中，外设往往拥有独立的电源域。本书将指导读者如何通过寄存器控制（而非简单地禁用时钟），实现对高功耗外设（如Wi-Fi模块、高性能DAC）的“硬关电”，达到绝对的零待机功耗。 第四部分：现代通信接口与系统集成 现代嵌入式产品必须与其他设备高效通信。本部分关注那些复杂且带宽要求高的接口技术。 USB On-The-Go (OTG) 协议栈实现与调试： 聚焦于USB设备模式和主机模式的切换逻辑。讲解如何处理枚举过程中的复杂握手，以及如何在嵌入式环境中高效实现CDC（通信设备类）或HID（人机接口设备类）的自定义描述符。 工业级串行通信的抗干扰设计： 深入RS-485/CAN总线的设计实践。内容包括硬件层面的瞬态抑制（TVS管选型、接地处理）以及软件层面的消息过滤、错误帧计数与自动重传策略，确保数据在强电磁干扰环境下的可靠性。 传感器融合与异步数据流处理： 探讨如何将来自高频IMU（惯性测量单元）和低频GPS/环境传感器的数据，通过软件滤波（如卡尔曼滤波的简化版）进行时间同步和融合。重点在于使用DMA（直接内存访问）来卸载CPU处理高带宽传感器数据的负担，实现无阻塞的数据采集管道。 本书特色 本书摒弃了冗长的“Hello World”示例，而是通过一系列真实世界的系统级故障分析案例和性能瓶颈的剖析来阐述原理。每章都包含“设计陷阱警示”和“专业级调试技巧”板块，确保读者不仅知道“如何做”，更理解“为什么这样做是最好的”。它是一本关于如何将微控制器从一块芯片，提升为一个稳定、高效、具备商业竞争力的核心组件的设计指南。 目标读者 嵌入式软件工程师（中级及以上） 固件架构师 从事工业控制、医疗设备或高可靠性消费电子的研发人员 希望从微控制器应用层转向系统底层优化的电子工程专业研究生。

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