Implementing 802.11 with Microcontrollers pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Eady, Fred

出品人:

页数:394

译者:

出版时间:2005-9

价格:$ 89.21

装帧:Pap

isbn号码:9780750678650

丛书系列:

图书标签:

802
11
Microcontrollers
Wireless Networking
Embedded Systems
IoT
WiFi
Networking Protocols
Hardware
Programming
Electronics

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具体描述

Wireless networking is poised to have a massive impact on communications, and the 802.11 standard is to wireless networking what Ethernet is to wired networking. There are already over 50 million devices using the dominant IEEE 802.11 (essentially wireless Ethernet) standard, with astronomical growth predicted over the next 10 years. New applications are emerging every day, with wireless capability being embedded in everything from electric meters to hospital patient tracking systems to security devices. This practical reference guides readers through the wireless technology forest, giving them the knowledge, the hardware and the software necessary to design a wireless embedded device rapidly, inexpensively, and effectively. Using off-the-shelf microcontrollers from Microchip and Atmel, the author provides step-by-step instructions for designing the hardware and firmware for a fully operational wireless networking device. The book gives a thorough introduction to 802.11 technology and puts it into perspective against the other wireless standard options. Just enough theory and mathematics is provided to give the depth of understanding needed for practical design work. The book thoroughly covers: laptop wireless Ethernet card introduction and theory; introduction to CompactFlash-to-microcontroller interfacing; implementing the laptop wireless Ethernet card in an embedded environment. In addition, the book includes access to a companion website containing all of the code, schematics and programs necessary to implement embedded 802.11 wireless networking. It covers the hottest new embedded market area- wireless networking. It shows designers how to save money and time by using microcontrollers in their embedded wireless designs instead of expensive, complex prefab boards. It includes companion website accompanying book that contains all the code, schematics and programs necessary to get started now!

现代嵌入式系统设计：从理论到实践的深度探索本书旨在为工程师、高级技术学生和嵌入式系统爱好者提供一套全面而深入的现代嵌入式系统设计框架。我们专注于构建高性能、低功耗且功能丰富的嵌入式解决方案所必需的核心理论知识、前沿技术应用以及实战工程方法。本书的叙事结构围绕构建一个跨平台的、资源受限环境下的数据采集与控制系统这一核心目标展开，确保理论的阐述紧密结合实际工程的挑战与解决方案。第一部分：嵌入式系统基础架构与硬件抽象本部分奠定了理解现代嵌入式系统运行环境的基础，重点关注硬件的选型、初始化以及软件如何高效地与底层硬件交互。第一章：嵌入式系统设计哲学与选型考量本章首先探讨了嵌入式系统在当代物联网（IoT）、工业控制（IIoT）和边缘计算领域中的战略地位。我们深入分析了设计决策对最终产品影响的关键因素，包括：实时性要求分析 (Determinism vs. Latency): 区分硬实时、软实时与非实时系统，并介绍评估系统响应时间复杂度的数学模型。功耗预算与能效优化 (Power Budgeting and Management): 探讨动态电压和频率调节（DVFS）在不同工作负载下的应用，以及如何利用睡眠模式（Sleep Modes）延长电池寿命。内存架构选择 (Memory Hierarchy): 详细对比SRAM、DRAM、Flash（NOR/NAND）的读写特性、成本与寿命，并介绍外部存储器的接口协议（如eMMC, SD/MMC）。处理器选型指南：基于应用需求对比RISC-V、ARM Cortex-M/R/A系列以及专用DSP（数字信号处理器）的架构优势与应用场景。第二章：微控制器（MCU）的深度初始化与寄存器级编程本章摒弃高层API的抽象，直接深入到微控制器寄存器层面，教授读者如何从零开始配置核心外设。时钟系统与复位管理：详细解析内部振荡器（Internal RC）、外部晶振（External Crystal）的配置，PLL（锁相环）的锁定机制，以及看门狗定时器（WDT）的正确复位与窗口配置。通用输入/输出（GPIO）的高级控制：涵盖推挽、开漏、施密特触发器的电气特性，以及端口中断的向量化处理流程。定时器/计数器的高级应用：不仅介绍基础的周期性事件触发，更侧重于脉冲宽度调制（PWM）的死区插入（Dead-Time Insertion）用于电机控制，以及输入捕获模式下的精确时间测量。第三章：高效数据传输接口设计：串行通信协议栈本章聚焦于嵌入式设备间和设备与主机间的数据交换，强调协议的效率、可靠性与错误校验。 UART/USART的波特率生成与流控制：探讨硬件握手（RTS/CTS）与软件握手（XON/XOFF）的适用场景。 SPI总线的时序分析与多从设备仲裁：深入讲解时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）对数据采集的影响，以及如何通过片选（CS）线实现多设备共享总线。 I2C总线的仲裁机制与广播命令：分析总线竞争下的仲裁丢失处理，以及特定地址广播对多个从设备同步操作的实现。第二部分：实时操作系统（RTOS）与并发编程本部分是构建复杂、多任务嵌入式应用的核心。我们引入实时操作系统的概念，并详细剖析其内核机制，确保任务调度的确定性和资源访问的安全性。第四章：实时操作系统内核原理与任务管理本书选择一个经典的、轻量级的RTOS内核（如FreeRTOS或类似的结构）作为讲解蓝本，深入剖析其内部工作机制。上下文切换（Context Switching）的开销分析：讲解寄存器组的保存与恢复过程，以及中断延迟对系统性能的影响。调度算法的比较与选择：深入对比固定优先级抢占式调度、轮转调度以及协作式调度的优劣，并引入截止时间（Deadline）的概念来指导优先级分配。系统节拍与系统时间管理：分析滴答中断（Tick Interrupt）如何驱动时间片轮转，并介绍如何处理系统时间漂移问题。第五章：进程间通信（IPC）与资源同步并发编程的难点在于如何安全、高效地共享数据和资源。本章详述同步原语的实现原理和潜在陷阱。信号量（Semaphores）与互斥量（Mutexes）：区分二值信号量与计数信号量，重点讨论互斥量在防止竞态条件（Race Conditions）中的应用，以及优先级反转（Priority Inversion）问题的成因、检测与解决方案（如PCP或MPL）。消息队列（Message Queues）的可靠传输：分析消息复制的开销，以及阻塞（Blocking）与非阻塞（Non-Blocking）接收操作的使用场景。事件标志组与软件中断（ISR/Deferred Interrupt Processing）：如何安全地在中断服务程序（ISR）和任务之间传递状态信息，避免在中断中执行耗时的操作。第六章：内存管理在嵌入式环境中的优化嵌入式系统受限于有限的RAM，高效的内存管理至关重要。静态与动态内存分配策略：探讨`malloc`/`free`在嵌入式系统中的碎片化问题，并介绍内存池（Memory Pooling）技术的实现细节，以保证固定大小内存块的快速分配和释放。内存保护单元（MPU）的应用：讲解如何利用MPU配置不同内存区域的访问权限（读/写/执行），以增强系统的健壮性，防止用户空间代码意外破坏关键内核数据结构。第三部分：传感器接口与数据采集系统本部分关注如何将物理世界的模拟信号可靠地转换为数字数据，并进行预处理。第七章：模数转换器（ADC）的精度与噪声抑制 ADC是连接模拟与数字世界的桥梁，其配置直接决定了数据质量。采样定理的实际应用：结合纳奎斯特频率讨论过采样（Oversampling）在提高有效位数（ENOB）中的作用。内部ADC模块的配置：深入讲解参考电压的选择、采样窗口的设置、多通道扫描模式（Scan Mode）与触发源（Trigger Source）的同步。噪声滤波与基线校准：介绍数字域中的移动平均滤波器（Moving Average Filter）和指数平滑滤波器（Exponential Smoothing Filter）在硬件资源受限下的实现。第八章：高级数据总线协议：CAN与Modbus 针对工业和车辆通信场景，本章详细解析两种关键的现场总线协议。 CAN总线协议深度解析：聚焦于报文标识符（Identifier）的仲裁过程、错误检测机制（CRC、位填充），以及如何设计高效的CAN报文映射。 Modbus RTU/TCP的帧结构与校验：讲解CRC校验的计算流程，以及在RTU模式下如何处理设备地址和功能码。第四部分：固件可靠性与可维护性工程一个健壮的嵌入式系统必须具备可靠的升级机制和良好的调试能力。第九章：启动流程与安全固件更新（OTA/FOTA）本章侧重于系统启动的各个阶段，并构建一个安全的OTA升级方案。引导加载程序（Bootloader）的设计原则：讲解Bootloader如何管理应用镜像（Application Image）、存储区保护和双备份机制。固件校验与回滚机制：实施基于哈希值（如SHA-256）的应用镜像完整性校验，并设计在升级失败时自动切换到旧版本固件的恢复逻辑。内存碎片整理与日志系统：介绍非易失性存储器（如EEPROM或Flash模拟EEPROM）上的关键参数持久化方案，以及环形缓冲区（Ring Buffer）日志的实现。第十章：调试、测试与可制造性设计（DFM）强调软件调试工具与硬件测试流程的集成。 JTAG/SWD接口的高级调试技巧：不仅限于断点设置，还包括追踪点（Trace Points）、数据观察点（Data Watchpoints）在分析实时异常时的应用。嵌入式单元测试框架：介绍如何在宿主机（Host）上模拟MCU环境进行快速测试，以及如何在目标硬件上运行轻量级测试套件。边界扫描与生产测试：讨论如何利用硬件测试点（Test Points）和专用测试固件，确保产品在批量生产中的一致性和质量。全书通过大量的代码示例、系统级时序图和实际硬件交互的分析，确保读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”，从而能够独立设计和实现下一代嵌入式产品。