具体描述
《嵌入式软件与系统》 第一卷：底层硬件交互与裸机编程 本书的开篇，将带领读者深入到嵌入式世界的基石——硬件交互与裸机编程。我们不再依赖于操作系统提供的抽象层，而是直接面对芯片的寄存器、内存映射，以及各种外设接口。理解这些底层细节，是掌握嵌入式系统精髓的第一步。 第一章：嵌入式系统的硬件基础 微控制器（MCU）与微处理器（MPU）的辨析： 深入剖析两者的架构、核心差异、典型应用场景。例如，我们将详细介绍ARM Cortex-M系列MCU的特性，如精简指令集（RISC）、低功耗设计、集成外设（ADC、DAC、定时器、UART、SPI、I2C等）。同时，也会触及到更强大的MPU，例如基于ARM Cortex-A系列的处理器，它们通常具备MMU（内存管理单元）、更复杂的缓存机制，以及支持更复杂的操作系统。 存储器体系： RAM（SRAM、DRAM）、ROM（Flash、EEPROM）、以及各种外接存储器的读写原理、时序、接口标准（如SPI Flash、NAND Flash、SD卡）。我们将学习如何计算和管理内存地址空间，理解内存对齐和字节序（大端、小端）的重要性。 总线结构与通信协议： AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）中的AHB、APB总线，以及外部通信协议如UART、SPI、I2C、CAN、USB等。我们将详细讲解这些协议的时序图、数据帧结构、握手机制，并提供相应的硬件连接和配置指南。 时钟与电源管理： 理解系统时钟的生成与分频，PLL（锁相环）的工作原理。探讨嵌入式系统中功耗优化的重要性，学习如何利用低功耗模式（Sleep、Stop、Standby等）延长电池寿命，并分析不同模式下的功耗特性。 中断系统： 深入理解中断控制器（NVIC、GIC等）的工作机制，包括中断向量表、优先级、中断嵌套、中断服务程序（ISR）的编写规范。我们将通过实际案例，例如按键中断、定时器中断、外部设备中断，来演示中断的灵活运用。 第二章：裸机编程入门与实践 开发环境搭建： 从交叉编译工具链（GCC for ARM）、调试器（GDB）、调试器接口（JTAG、SWD）的安装与配置入手。介绍IDE（Integrated Development Environment）的使用，如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE等，并强调理解底层工具链的重要性。 寄存器操作： 学习如何通过直接读写硬件寄存器来控制外设。以LED闪烁为例，我们将详细演示如何配置GPIO（General Purpose Input/Output）端口的输入/输出模式、上拉/下拉电阻、推挽/开漏输出，以及如何通过写0或1到特定寄存器来控制LED的亮灭。 GPIO的应用： 除了LED，我们将深入探讨GPIO在按钮输入、数码管显示、简单传感器数据采集等场景的应用。学习如何配置GPIO的复用功能，将其映射到UART、SPI等通信接口。 定时器与延时： 理解通用定时器（TIM）的工作模式，如向上计数、向下计数、中心对齐模式。学习如何配置定时器的重载值、预分频器，实现精确的延时和周期性事件。我们将对比软件延时（如`_delay_ms()`）和硬件定时器实现延时的优劣。 UART通信： 详细讲解UART的异步通信原理，包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验。学习如何配置UART的发送和接收缓冲区，并实现与其他设备（如PC上的串口助手）的通信。 SPI与I2C通信： 深入分析SPI（Serial Peripheral Interface）和I2C（Inter-Integrated Circuit）的总线协议，包括主从模式、数据传输方向、时钟同步、地址寻址。我们将通过实际连接传感器（如温度传感器、陀螺仪）来演示这些通信的应用。 中断驱动编程： 将裸机编程的重点从轮询模式转向中断驱动模式。学习如何设计高效的中断服务程序，避免在ISR中执行耗时操作。通过实例，例如接收UART数据，当接收到完整一帧数据时触发中断，而不是不断轮询接收状态。 简单实时任务调度（可选）： 在没有RTOS的情况下，如何通过定时器中断和状态机来模拟简单的多任务处理。这种方法虽然简陋，但能帮助理解实时性需求。 第二卷：嵌入式实时操作系统（RTOS） 在掌握了硬件的底层控制能力后，我们将进入更复杂的嵌入式系统开发领域——实时操作系统。RTOS能够有效地管理任务、资源和时间，为构建稳定、高效、可扩展的嵌入式系统奠定坚实的基础。 第三章：RTOS的核心概念与原理 任务（Task）与线程（Thread）： 深入理解任务的概念，包括任务的创建、挂起、恢复、优先级、状态（就绪、运行、阻塞、休眠）。对比不同RTOS（如FreeRTOS、RT-Thread、ucos-II）中任务管理的实现方式。 任务调度器（Scheduler）： 详细解析各种调度算法，如优先级抢占式调度、时间片轮转调度。我们将通过图示和实例，说明不同调度算法对系统实时性的影响。 任务间通信（IPC - Inter-Process Communication）： 信号量（Semaphore）： 解释二元信号量与计数信号量的作用，用于资源互斥访问和事件通知。 互斥锁（Mutex）： 专注于互斥访问，防止多个任务同时访问临界区。深入探讨优先级反转问题及其解决方案（如优先级继承、优先级天花板）。 消息队列（Message Queue）： 实现任务间传递任意类型的数据，非常适合事件驱动和命令分发。 事件标志组（Event Flags）： 允许多个任务等待一个或多个特定事件的发生。 管道（Pipe）： 实现数据流的单向或双向传递。 时间管理： RTOS提供的系统时钟、延时函数、定时器（软件定时器与硬件定时器集成）等。理解RTOS如何基于Tick（系统滴答）来管理时间。 中断与RTOS的协同： 学习如何在中断服务程序中安全地调用RTOS API（如发送信号量、唤醒任务），以及如何避免在ISR中执行阻塞操作。 内存管理： RTOS的堆（Heap）管理，包括内存池（Memory Pool）的分配与释放机制，以及不同内存管理策略（如动态内存分配、静态内存分配）的优缺点。 第四章：主流RTOS实战剖析（以FreeRTOS为例） FreeRTOS的移植与配置： 讲解如何将FreeRTOS移植到目标硬件平台，配置FreeRTOSConfig.h文件的各项参数，如Tick速率、堆大小、任务栈大小等。 创建与管理任务： 使用`xTaskCreate()`创建任务，`vTaskDelete()`删除任务，`vTaskDelay()`实现任务延时，`vTaskPrioritySet()`修改任务优先级。 信号量与互斥锁的应用： 互斥锁实例： 模拟多任务访问共享打印机，使用互斥锁保证只有一个任务能够打印。 信号量实例： 一个传感器采集任务每隔一段时间产生一个数据，使用信号量通知数据处理任务进行处理。 消息队列的运用： 串口通信与消息队列： 接收串口数据的任务将接收到的数据放入消息队列，GUI任务从队列中读取数据进行显示。 命令处理： UI层将用户命令通过消息队列发送给命令执行任务。 事件标志组与多事件同步： 传感器数据融合： 假设有三个传感器（温度、湿度、压力），各自产生数据后设置相应的事件标志。一个主任务等待所有事件标志都置位后，读取并处理所有传感器数据。 软件定时器： 演示如何使用FreeRTOS的软件定时器实现周期性事件，例如定时发送心跳包，或者定时执行某个清理操作。 RTOS调试技巧： 利用FreeRTOS提供的调试工具，如任务列表查看、栈使用率检测、运行时统计等，帮助定位问题。 第三卷：嵌入式系统的高级主题与应用 在掌握了RTOS的基础上，我们将进一步探索嵌入式系统开发中的高级技术和实际应用。 第五章：嵌入式Linux系统开发 Linux内核与用户空间： 理解Linux内核的引导过程、进程管理、内存管理、设备驱动模型。介绍用户空间的应用程序、库和工具。 嵌入式Linux发行版： Yocto Project、Buildroot等构建系统的介绍与使用，如何为特定硬件定制Linux发行版。 设备树（Device Tree）： 学习Device Tree的语法和结构，如何通过Device Tree描述硬件资源，实现内核与硬件的解耦。 交叉编译与构建： 使用交叉编译工具链构建Linux应用程序和内核模块。 嵌入式Linux下的网络编程： Socket编程、TCP/IP协议栈、DHCP、DNS等在嵌入式设备上的应用。 嵌入式Linux下的GUI开发： Qt for Embedded、GTK+等在嵌入式设备上的应用，包括界面设计、事件处理。 驱动程序开发入门： 编写简单的Linux设备驱动程序，如字符设备驱动、块设备驱动。 第六章：嵌入式系统中的通信协议栈 TCP/IP协议栈深度解析： 除了网络编程，我们将更深入地探讨TCP/IP协议栈的层次结构，包括ARP、IP、ICMP、TCP、UDP等协议的工作原理。 HTTP/HTTPS协议： 在嵌入式设备上实现Web服务器功能，或者作为HTTP客户端访问云端服务。 MQTT协议： 物联网（IoT）领域广泛应用的轻量级发布/订阅消息协议，学习如何在嵌入式设备上实现MQTT客户端，连接到MQTT Broker。 CoAP协议： 另一种面向IoT的RESTful协议，与MQTT互为补充。 其他常见通信协议： 如Modbus（工业自动化）、CANopen（车辆与工业控制）等。 第七章：嵌入式系统的安全与可靠性 安全引导（Secure Boot）： 保证设备启动过程的安全性，防止非法固件加载。 固件更新（OTA - Over-The-Air Update）： 安全、可靠的远程固件更新机制的设计与实现。 加密与认证： TLS/SSL加密通信、数字签名、HMAC等在嵌入式设备上的应用。 异常处理与错误恢复： 如何设计健壮的异常处理机制，确保系统在发生错误时能够快速恢复。 看门狗（Watchdog Timer）： 防止程序“死锁”或“卡死”的关键硬件机制。 软件测试与验证： 单元测试、集成测试、系统测试、压力测试等在嵌入式开发中的重要性。 第八章：实际项目案例分析 智能家居网关： 结合RTOS、网络通信、设备控制等技术，构建一个智能家居的中央控制器。 工业自动化控制器： 使用RTOS和CAN总线，实现对工业设备的实时监控与控制。 便携式医疗设备： 强调低功耗设计、传感器数据采集、数据传输和用户界面。 车载信息娱乐系统： 涉及Linux系统、GUI、网络通信、多媒体处理等。 本书通过由浅入深、理论与实践相结合的方式，旨在为读者构建一个全面而深入的嵌入式软件与系统知识体系。从最底层的硬件交互，到复杂的操作系统应用，再到前沿的安全与可靠性技术，本书都将提供详实的概念阐述、清晰的原理剖析以及丰富的代码示例，助力读者成为一名优秀的嵌入式系统工程师。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 onlinetoolsland.com All Rights Reserved. 本本书屋 版权所有