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出版者:电子工业出版社

作者:Robert H.Bishop

出品人:

页数:388

译者:

出版时间:2003-1-1

价格:39.00

装帧:平装（带盘）

isbn号码:9787505376397

丛书系列:

图书标签:

LabVIEW
6i
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具体描述

本书是美国NI公司LabVIEW

深入探索现代嵌入式系统设计与编程本书聚焦于当前快速发展的嵌入式系统领域，旨在为读者提供一套全面、深入且高度实用的技术指南。我们摒弃了对特定过时软件版本的依赖，转而将重点放在那些构成现代嵌入式设计核心的通用原理、先进架构和主流开发工具链上。第一部分：嵌入式系统基础与架构解析本部分将构建坚实的理论基础，剖析现代嵌入式系统的核心构成要素。我们将从微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的基本结构差异入手，深入探讨冯·诺依曼与哈佛架构在实际应用中的权衡与取舍。 1.1 微控制器与片上系统（SoC）深度剖析：详细解析ARM Cortex-M系列内核的流水线、中断机制（NVIC）以及特权模式的切换。我们将用对比分析的方法，阐述不同制造商（如STMicroelectronics、NXP、Microchip）提供的MCU系列在存储器映射、外设集成的多样性。重点讲解如何高效利用片上SRAM、Flash和EEPROM，以及非易失性存储器的擦写生命周期管理。 1.2 实时操作系统（RTOS）精要：本章将完全聚焦于主流的、跨平台的RTOS内核机制，如FreeRTOS或Zephyr。内容涵盖任务调度算法（优先级继承、时间片轮转）、同步原语（信号量、互斥锁、消息队列）的实现细节与死锁预防策略。我们不局限于图形化编程界面，而是深入内核源码层面，解释上下文切换的硬件支持与软件实现，帮助读者理解“实时性”背后的真正含义。 1.3 通信协议栈与接口设计：深入讲解工业级和消费级应用中常用的串行通信协议。除了传统的UART、SPI、I2C外，本书将大量篇幅用于讲解现代总线协议，如CAN/CAN-FD在车载网络中的应用、以太网MAC层与TCP/IP协议栈在嵌入式设备中的移植与优化（例如LwIP的配置与内存池管理）。关于无线通信，本书将侧重于低功耗蓝牙（BLE）的链路层结构、 GATT服务配置与功耗优化技巧。第二部分：高效的固件开发与调试技术本部分是本书的实践核心，着重介绍基于C/C++的系统级编程范式，以及如何利用现代工具链实现健壮且可维护的代码。 2.1 嵌入式C/C++高级编程：强调C语言在内存管理（如堆栈溢出检测、动态内存碎片化问题）中的注意事项。C++在嵌入式中的应用不再是理论探讨，而是实战演练：讲解面向对象设计在状态机和驱动程序编写中的优势，内存占用敏感的类（如虚函数、RTTI）如何在资源受限环境中被规避或优化。我们将引入嵌入式设计模式，如状态模式（State Pattern）在设备驱动初始化流程中的应用。 2.2 硬件抽象层（HAL）与板级支持包（BSP）的构建：本章指导读者如何设计一套健壮的、可移植的硬件抽象层。内容包括寄存器级操作与外设驱动的解耦、中断服务程序（ISR）的设计原则（快速返回、延迟处理），以及如何利用宏和条件编译来管理不同硬件平台的差异性。 2.3 调试、跟踪与性能分析：深入探讨JTAG/SWD调试接口的工作原理，重点讲解如何使用GDB配合OpenOCD或Segger J-Link进行复杂的断点设置（如数据访问断点、观察点）。性能分析不再依赖简单的`printf`计时，而是转向使用硬件性能计数器（PMU）来精确测量CPU周期、缓存命中率，以及精确分析中断延迟。第三部分：安全、测试与未来趋势随着物联网（IoT）和工业4.0的推进，嵌入式系统的安全性和可靠性成为重中之重。 3.1 嵌入式系统安全性基础：本章介绍主流的硬件安全机制。讨论信任根（Root of Trust, RoT）的建立，安全启动（Secure Boot）流程，以及固件空中下载（OTA）的安全更新机制。重点讲解对称加密、非对称加密在设备认证与数据传输中的应用，并探讨防止侧信道攻击的基本对策。 3.2 系统级测试与验证：介绍单元测试（Unit Testing）在嵌入式环境中的实践，如使用Google Test或其他轻量级框架进行模拟（Mocking）函数调用。更重要的是，本书将介绍基于模型的系统设计（MBD）的概念，使用Simulink等工具进行前期仿真验证，以减少昂贵的硬件原型迭代。 3.3 现代嵌入式开发范式：展望未来的趋势，包括RISC-V指令集的生态发展及其对传统架构的挑战，边缘计算（Edge AI）对嵌入式处理能力的要求，以及如何利用容器化技术（如Docker的轻量级变体）来管理复杂嵌入式软件的依赖关系。总结：本书的编写风格旨在严谨、务实。它不教授任何特定软件界面的操作流程，而是致力于传授底层原理、架构设计思想和解决复杂工程问题的通用方法论。通过本书的学习，读者将能够独立地驾驭从资源受限的传感器节点到复杂的多核处理平台上的任何嵌入式项目，构建出高效、安全且可维护的下一代智能设备。