具体描述
《普通高等教育"十一五"国家级规划教材•高等院校信息技术规划教材:嵌入式系统设计原理及应用(第2版)》从嵌入式系统设计及平台构建角度，全面地介绍嵌入式系统的软硬件平台设计方法。书中以基于ARM9微处理器核的S3C2410芯片为背景，首先介绍嵌入式系统硬件平台设计技术即接口技术，然后介绍软件平台的构建方法以及网络接口的设计方法，最后从方法学角度介绍复杂嵌入式系统的设计方法。
数字信号处理导论：从理论基础到现代应用 本书概述 《数字信号处理导论：从理论基础到现代应用》旨在为读者提供一个全面而深入的数字信号处理（DSP）领域的知识体系。本书涵盖了从基础的离散时间信号与系统理论，到高级的滤波器设计、快速傅里叶变换（FFT）算法，以及在通信、图像处理和控制系统等现代工程领域中的实际应用。本书不仅注重理论的严谨性，更强调实践操作能力的培养，力求使读者能够熟练运用DSP工具解决真实的工程问题。 第一部分：离散时间信号与系统的基础 本部分构建了理解数字信号处理的基石。首先，我们从连续时间信号（CT）到离散时间信号（DT）的转换过程入手，详细讨论了采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）的物理意义和数学推导，并分析了量化误差和混叠现象。 接着，我们深入探讨了离散时间系统。系统是信号处理的核心对象，本书清晰地定义了线性、时不变（LTI）系统的特性，并引入了卷积和差分方程作为描述LTI系统的基本工具。读者将学习如何使用卷积和求解差分方程来预测系统的输出。 为了方便分析，本书引入了离散时间傅里叶变换（DTFT）。DTFT是连接时域和频域的关键桥梁。我们将详细阐述其定义、性质，并通过丰富的实例展示如何使用DTFT分析信号的频谱特性。此外，Z变换作为DTFT的推广，在分析有限长序列和处理因果、稳定系统方面展现出巨大的优越性。本书详细推导了单边和双边Z变换的收敛域（ROC）概念，并着重讲解了利用Z变换求解差分方程的便捷性。 第二部分：频域分析与高效算法 本部分聚焦于信号在频域的表示和高效计算方法。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）：DFT是DTFT在离散有限点上的表达，是所有现代数字谱分析的基础。本书详细解析了DFT的定义、周期性和共轭对称性。随后，我们进入算法效率的核心——快速傅里叶变换（FFT）。我们将深入剖析最常用的Decimation-In-Time（DIT）和Decimation-In-Frequency（DIF）FFT算法的蝶形运算结构，并分析其计算复杂度如何从$O(N^2)$大幅降低到$O(N log N)$。通过MATLAB/Python的编程练习，读者将亲手实现FFT算法，理解其在实际频谱分析中的威力。 线性卷积的快速实现：除了频谱分析，FFT在加速线性卷积运算中也扮演重要角色。本书解释了如何利用圆周卷积与线性卷积的关系，通过分段处理和FFT进行高效的卷积运算，这对于大型数据的滤波处理至关重要。 第三部分：数字滤波器设计 滤波器是DSP中最具实践意义的应用之一。本书系统地介绍了IIR（无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）两大类滤波器的设计方法。 FIR滤波器设计：由于其固有的线性相位特性和稳定性，FIR滤波器在许多高精度应用中受到青睐。本书首先介绍理想滤波器的脉冲响应，接着重点讲解三种主流设计方法：窗函数法（包括矩形窗、汉宁窗、海明窗等）、频率采样法和Parks-McClellan最优幅度响应设计法。对于每种方法，我们都会讨论其优缺点、设计步骤和性能权衡。 IIR滤波器设计：IIR滤波器通常在阶数较低时能达到比FIR滤波器更陡峭的过渡带。本书主要讲解如何利用已有的模拟滤波器设计（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）转化为数字滤波器。详细介绍了双线性变换法（Bilinear Transformation）和脉冲不变量法，并深入分析了双线性变换引入的频率预畸变问题及其校正方法。 第四部分：现代应用与专题 本部分将理论知识应用于实际场景，展示DSP的广阔前景。 多速率信号处理：本章深入探讨了抽取（Down-sampling）和插值（Up-sampling）技术，这些是实现自适应采样率和高效编解码的基础。我们将介绍多相分解结构和滤波器组，理解它们在音频和视频压缩中的作用。 自适应滤波：在信道均衡、噪声消除和回声消除等环境不断变化的场景中，固定系数的滤波器无法满足要求。本书介绍了自适应滤波器（如LMS算法）的基本原理，解释了如何通过最小化误差信号的均方值来实时调整滤波器权值，使其适应变化的系统特性。 应用实例：本书最后以几个具体的工程实例收尾，包括： 1. 通信系统中的信道均衡：如何使用FIR滤波器补偿信道失真。 2. 语音信号处理基础：短时傅里叶变换（STFT）在语音频谱分析中的应用，以及LPC（线性预测编码）的初步概念。 3. 图像处理的初步接触：二维离散卷积在图像平滑和边缘检测中的应用，以及二维DFT的基本概念。 本书特点 本书的结构逻辑清晰，从基础概念逐步深入到高级应用。每一章后都配有大量的习题，旨在巩固理论知识。同时，书中提供了大量的MATLAB/Python代码示例和仿真验证，确保读者不仅理解“为什么”，更能掌握“如何做”。本书适合电子工程、通信工程、计算机科学及自动化等专业的本科高年级学生或研究生，以及从事相关领域的工程师作为进阶参考资料。
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目录信息
第1章 绪论1 1.1 什么叫嵌入式系统1 1.2 嵌入式系统的特点2 1.2.1 嵌入式系统的要求2 1.2.2 嵌入式系统的核心3 1.2.3 嵌入式系统设计所面临的问题4 1.3 嵌入式系统的设计过程5 1.3.1 需求分析与规格说明5 1.3.2 体系结构设计7 1.3.3 构件设计8 1.3.4 系统集成8第2章 嵌入式微处理器体系结构9 2.1 ARM9简介9 2.1.1 ARM9的结构特点9 2.1.2 ARM9指令集特点10 2.1.3 ARM9的工作模式12 2.2 ARM9的存储组织结构13 2.2.1 大端存储和小端存储13 2.2.2 I/O接口的访问方式15 2.2.3 内部寄存器15 2.3 ARM9的异常18 2.3.1 类型及向量地址19 2.3.2 优先级20 2.3.3 进入异常和退出异常21 2.4 ARM9汇编指令22 2.4.1 寻址方式24 2.4.2 寄存器装载及存储指令27 2.4.3 算术和逻辑指令29 2.4.4 比较指令33 2.4.5 分支指令34 2.4.6 软件中断指令35第3章 嵌入式系统的存储系统36 3.1 存储器组织及接口方式36 3.1.1 随机存储器组织37 3.1.2 只读存储器组织38 3.2 存储器接口设计40 3.2.1 SRAM的接口设计40 3.2.2 DRAM的接口设计42 3.2.3 NAND Flash的接口设计42 3.3 高速缓存机制45 3.3.1 高速缓存机制原理45 3.3.2 数据替换策略47 3.3.3 数据一致性49 3.3.4 高速缓存性能分析49 3.4 虚拟存储机制51 3.4.1 虚拟内存技术原理51 3.4.2 一个具体实例52第4章 嵌入式系统的接口设计58 4.1 接口控制方式58 4.1.1 程序查询方式59 4.1.2 中断方式60 4.1.3 I/O接口的寻址62 4.2 通用并行I/O接口63 4.2.1 GPIO的一般性原理63 4.2.2 一个具体的GPIO65 4.2.3 GPIO设计实例68 4.3 定时/计数器部件70 4.3.1 定时/计数器的原理70 4.3.2 一个具体的定时器71 4.3.3 定时器的设计实例75 4.3.4 看门狗电路76 4.4 人机接口77 4.4.1 键盘接口设计77 4.4.2 LED显示器接口设计79 4.4.3 LCD显示器接口设计82第5章 嵌入式系统软件平台87 5.1 嵌入式系统软件概述88 5.1.1 嵌入式软件平台的发展88 5.1.2 嵌入式软件开发特点89 5.1.3 嵌入式Linux91 5.2 嵌入式操作系统移植96 5.2.1 启动引导程序的移植96 5.2.2 Linux内核移植98 5.3 文件系统移植100 5.3.1 Linux文件系统结构及类型100 5.3.2 Linux文件系统的原理102 5.3.3 Linux文件系统的创建104 5.4 设备驱动106 5.4.1 设备管理机制106 5.4.2 设备驱动原理108 5.4.3 驱动程序开发实例110 5.5 其他嵌入式操作系统111 5.5.1 μC/OS-II111 5.5.2 VxWorks119第6章 嵌入式网络技术140 6.1 分布式嵌入式系统结构140 6.1.1 网络结构141 6.1.2 通信方式142 6.2 常规嵌入式系统网络143 6.2.1 异步串行通信网络143 6.2.2 I2C总线160 6.2.3 CAN总线164 6.3 USB网络166 6.3.1 USB的概念及特点166 6.3.2 USB总线体系结构167 6.3.3 USB主机171 6.3.4 USB设备176 6.3.5 实例--S3C2410的USB接口部件182 6.4 嵌入式TCP/IP网络194 6.4.1 嵌入式TCP/IP协议实现的特点195 6.4.2 以太网及TCP/IP协议196 6.4.3 嵌入式TCP/IP实现199 6.5 基于网络设计的性能分析208 6.5.1 通信分析208 6.5.2 系统性能分析211 6.5.3 网络分配和调度212第7章 嵌入式系统设计和分析214 7.1 系统设计的形式化方法214 7.1.1 统一建模语言214 7.1.2 结构描述220 7.1.3 行为描述221 7.2 嵌入式系统设计范型221 7.2.1 状态机设计范型221 7.2.2 循环队列设计范型222 7.3 编程模型223 7.3.1 数据流图223 7.3.2 控制/数据流图224 7.4 程序执行时间的分析与优化224 7.4.1 执行时间的描述225 7.4.2 性能分析226 7.4.3 优化执行速度230 7.5 能量和功率的分析与优化231 7.5.1 程序功耗分析231 7.5.2 功耗优化233 7.6 程序长度的分析与优化234 7.6.1 数据的影响234 7.6.2 代码的影响234第8章 系统设计实例236 8.1 实例一： 数字式时钟236 8.1.1 系统需求236 8.1.2 规格说明237 8.1.3 系统体系结构240 8.1.4 构件设计与测试241 8.2 实例二： 医用心电仪241 8.2.1 系统需求241 8.2.2 需求分析243 8.2.3 静态结构模型247 8.2.4 动态行为模型254 8.2.5 物理模型264 8.2.6 小结264 8.3 实例三： 嵌入式Web服务器265 8.3.1 嵌入式Web服务器结构265 8.3.2 嵌入式Web服务器的设计268 8.3.3 基于嵌入式Web的应用结构270 8.3.4 基于嵌入式Web的应用程序设计277 8.3.5 小结288附录A UML元素、关系、符号289参考文献293
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