具体描述
本书是《ARM嵌入式系统系列教程》中的实验教材之一，可与本套教程中的理论课教材《ARM嵌入式系统基础教程》相配套使用。
以EasyARM2200为教学实验平台，以ADS 1.2集成开发环境、μC/OSII操作系统以及各种中间件为软件平台，搭建ARM嵌入式系统教学实验体系。共分5章。第1章全面介绍EasyARM2200教学实验平台的设计原理以及各种跳线、接口的使用说明。第2章主要介绍ADS 1.2集成开发环境的使用，以及LPC2200专用工程模板和EasyJTAG仿真器的安装与使用。第3～5章为实验内容，共包括47个实验，分为3部分： 无操作系统的基础实验、基于μC/OSII操作系统的实验以及综合实验，形成了从易到难的实验教学体系。
本书可作为高等院校电子、自动化、机电一体化及计算机等相关专业的实验教材及相关工程技术人员培训教材，也可作为从事ARM嵌入式系统应用开发工程技术人员的参考用书。
本书配套多媒体实验教学课件。
《嵌入式系统设计与实践：从理论到应用》 内容简介 本书旨在为读者提供一套全面、深入且具有高度实践性的嵌入式系统设计与开发教程。我们聚焦于当前主流的微控制器架构、实时操作系统（RTOS）的内核机制，以及在物联网（IoT）和边缘计算场景中常见的传感器接口、通信协议和系统优化技术。本书内容结构严谨，理论阐述清晰，并通过大量的实际工程案例，帮助读者建立扎实的理论基础和卓越的工程实现能力。 第一部分：嵌入式系统基础与微控制器架构深入解析 本部分首先回顾了嵌入式系统的基本概念、发展历程及其在现代电子设备中的核心地位。随后，我们将重点剖析主流微控制器（MCU）的硬件结构，包括但不限于高性能Cortex-M系列的流水线设计、特权级管理、存储器映射（Memory-Mapped I/O）以及中断控制器（NVIC）的工作原理。 高性能内核架构分析： 详细解析了RISC-V和部分先进ARM架构（如Cortex-M7）的指令集特性、内存保护单元（MPU）的配置与应用，以及如何通过寄存器级编程优化代码执行效率。 时钟系统与电源管理： 深入探讨了振荡器、PLL（锁相环）的配置，以及如何实现低功耗模式（如睡眠、深度休眠）的管理和唤醒机制，这是移动和电池供电设备设计的关键。 片上外设编程范例： 提供了对通用异步收发器（UART）、串行外设接口（SPI）、I²C总线以及高速模数转换器（ADC）的底层寄存器级操作指南，强调数据传输的完整性和时序控制。 第二部分：实时操作系统（RTOS）内核机制与应用开发 本部分是本书的核心之一，专注于当前嵌入式领域应用最广泛的实时操作系统内核，例如FreeRTOS或Zephyr的内部工作机制和实际部署。我们不仅仅停留在API调用的层面，而是深入探究RTOS如何保障系统的确定性和可靠性。 任务管理与调度算法： 详述了任务的创建、状态转换和上下文切换过程。重点对比了优先级抢占式调度、时间片轮转调度以及混合调度策略的优缺点。对内核级的临界区保护机制（如禁用/启用中断）进行了细致的工程分析。 进程间通信（IPC）与同步机制： 全面覆盖了互斥锁（Mutex）、信号量（Semaphore，包括二值和计数）、消息队列（Message Queue）和事件标志组（Event Groups）的正确使用场景与潜在的死锁规避策略。书中包含了多个复杂的并发控制实验，确保读者对资源竞争的理解。 内存管理在RTOS中的挑战： 探讨了RTOS中的堆内存分配策略（如链表法、位图法）对系统稳定性的影响。特别分析了内存碎片化问题及其在资源受限环境下的优化方案。 中断服务程序（ISR）与任务交互： 明确了ISR的设计原则，并演示了如何通过安全的机制（如高优先级通知、队列传输）将ISR处理的工作快速、安全地交接给用户任务执行。 第三部分：传感器融合、数据采集与信号处理 现代嵌入式系统高度依赖于与物理世界的交互。本部分侧重于如何高效、准确地从各类传感器获取数据，并进行初步的数字信号处理。 高级传感器接口： 涵盖了MEMS（微机电系统）传感器（如加速度计、陀螺仪）的数据读取，重点讲解了数字滤波技术（如卡尔曼滤波的基础概念与离散化实现）在降低噪声和提高数据稳定性的作用。 数据采集系统（DAQ）的实现： 详细介绍了如何利用DMA（直接存储器存取）模式配合高速ADC进行周期性、高吞吐量的数据采集，避免CPU在数据搬运过程中被阻塞。 嵌入式信号处理基础： 引入了离散傅里叶变换（DFT）在嵌入式设备上的近似计算方法，用于简单的频谱分析，例如电机振动监测或音频处理的入门级应用。 第四部分：网络通信、安全与系统调试 本部分关注嵌入式设备如何连接到外部世界，以及保障系统健壮性和安全性的关键技术。 嵌入式网络协议栈： 重点介绍TCP/IP协议栈在资源受限设备上的实现，如轻量级的LwIP的应用。详细解析了MQTT、CoAP等IoT核心协议在嵌入式客户端的编程实现，包括连接管理、QoS等级的选择与异常重连策略。 连接性技术： 提供了基于蓝牙低功耗（BLE）的设备角色定义（Central/Peripheral）及其服务发现、特性读写流程的实践指导。 系统可靠性与调试： 深入探讨了看门狗定时器（WDT）的配置、固件更新（OTA）的原子性机制设计，以及使用JTAG/SWD接口进行硬件级调试的深入技巧，包括断点设置、内存观察与硬件逻辑分析仪的配合使用。 本书的特点在于其高度的工程导向性。所有理论介绍后紧跟着结构清晰的代码示例和工程实践指南，旨在将读者从理论学习者迅速培养成能够独立设计、调试和优化复杂嵌入式系统的工程师。本书适合具有C语言基础，并希望系统学习现代嵌入式系统设计流程的电子工程、计算机科学专业的学生及在职工程师。
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