具体描述
好的，这是一份关于一本不同于《计算机网络实验实训教程》的图书的详细简介，字数控制在1500字左右： --- 《嵌入式系统设计与实践：基于STM32微控制器的高级应用》 图书简介 第一部分：基础理论与硬件平台构建 本书旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统设计与实践框架，重点聚焦于当前业界应用最广泛的STM32系列微控制器。它并非一本侧重于网络协议或操作系统原理的教程，而是专注于硬件层面的交互、实时控制以及底层驱动程序的开发。 第一章：嵌入式系统概述与STM32架构解析 本章首先界定了嵌入式系统的核心概念、发展历史及其在现代工业、消费电子和物联网领域中的关键地位。随后，我们将深入剖析ARM Cortex-M内核的体系结构，特别是STM32F4系列（作为本书的实践主平台）的独特优势，如高性能计算能力、丰富的外设集成的设计哲学。重点内容包括：内存映射、流水线工作原理、特权级别（Privilege Levels）的划分与应用，以及Cortex-M的寄存器组结构。 第二章：开发环境搭建与基础启动流程 本书强调“动手实践”，因此本章详尽指导读者完成标准的开发工具链的配置，包括Keil MDK或STM32CubeIDE的选择与安装。我们将详细讲解交叉编译器的原理和使用方法。核心部分在于引导代码（Bootloader）的初始化过程。读者将亲手跟踪程序从上电复位（POR）到执行用户代码的完整路径，理解向量表（Vector Table）的设置、堆栈指针（SP）的初始化以及系统时钟（System Clock）的配置过程，这是后续所有高级功能实现的基础。 第三章：GPIO、中断与定时器基础控制 本章是嵌入式编程的基石。我们不会讨论TCP/IP协议栈，而是专注于如何精确地控制I/O端口。内容涵盖GPIO的推挽输出、开漏输出模式的电气特性对比，以及如何利用上拉/下拉电阻进行安全设计。中断系统（NVIC）的讲解是重中之重，包括中断优先级（Preemption Priority与Sub-priority）的配置、中断服务程序（ISR）的书写规范，以及如何处理快速响应事件。定时器（Timer）的脉冲宽度调制（PWM）输出用于电机控制和信号生成，本章将详细阐述如何通过捕获/比较寄存器实现高精度的波形输出。 第二部分：核心外设接口与数据通信 本部分聚焦于嵌入式系统如何与外部世界进行可靠的数据交换，区别于网络通信，这里侧重于点对点、总线式的数据传输。 第四章：串行通信接口的深度应用（UART/USART与SPI） 本章详细介绍了通用异步收发传输器（UART/USART）的波特率计算、奇偶校验的实现，以及实现全双工通信的技巧。随后，深入讲解串行外设接口（SPI）的四线制工作模式（主/从设备选择、时钟极性与相位CPO/CPHA的组合对数据采集的影响）。通过实际案例，指导读者如何驱动外部ADC（模数转换器）或SD卡模块，理解数据帧的组织结构。 第五章：I²C总线协议与实时数据采集 集成电路间（Inter-Integrated Circuit, I²C）总线因其双线制和多主从特性在传感器网络中应用广泛。本章不仅阐述I²C的时序图（Start/Stop条件、ACK/NACK机制），更侧重于如何编写健壮的I²C驱动程序，处理总线仲裁失败和设备超时等异常情况。我们将用一个实际的温度/湿度传感器（如BMP280）作为范例，实现连续、低功耗的数据采集循环。 第六章：模数转换（ADC）与数模转换（DAC）的精度控制 嵌入式系统实现对模拟世界的感知离不开A/D和D/A的转换。本章详细分析STM32内置ADC的采样率、分辨率与通道选择。我们将探讨过采样（Oversampling）和平均滤波技术，以提高低速信号测量的信噪比。对于DAC，我们讲解如何利用其输出驱动低频模拟信号源或进行波形发生器的设计。 第三部分：高级控制、内存管理与系统优化 本阶段将从单片机编程迈向系统级设计，关注实时性、内存效率和资源管理。 第七章：实时操作系统（RTOS）基础与任务调度 本章不涉及Linux或Windows等通用操作系统，而是专注于轻量级的实时操作系统（RTOS），例如FreeRTOS。我们将讲解任务（Task）的创建、状态切换、优先级继承机制以及上下文切换（Context Switching）的开销分析。重点在于如何使用信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）和消息队列（Queue）来安全地实现多任务间的数据同步与通信，避免竞态条件（Race Conditions）。 第八章：DMA控制器与高性能数据传输 为了将CPU从繁重的数据搬运工作中解放出来，直接存储器存取（DMA）是高性能嵌入式设计的关键。本章详细解析DMA的通道配置、传输模式（循环/正常）、中断触发机制，以及如何设置外设与内存之间的直接数据流。通过一个高速ADC数据采集到内存缓冲区的案例，演示如何实现零CPU干预下的高吞吐量数据记录。 第九章：固件升级（Bootloader）与系统健壮性设计 成功的嵌入式产品需要具备现场升级能力。本章介绍如何设计一个定制化的、安全的IAP（In-Application Programming）机制。内容包括Flash存储器的读写保护、固件校验和CRC校验算法的应用，确保升级过程中的数据完整性和系统恢复能力。此外，还将讨论看门狗定时器（WDT）的配置，以增强系统的自恢复能力。 总结与展望 本书的实践导向性极强，所有理论均配有详细的寄存器级或HAL库级代码示例。它致力于培养读者从硬件选型、底层驱动编写到系统架构设计的全栈能力，是电子工程师、自动化专业学生和嵌入式爱好者深入掌握STM32平台，实现复杂实时控制系统的理想参考资料。本书的最终目标是让读者能够独立设计并调试一个具备复杂传感器融合与实时响应能力的嵌入式控制单元。 ---
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