Assembly Language and Systems Programming for the M68000 Family pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Jones & Bartlett Pub

作者:William Ford

出品人:

頁數:890

译者:

出版時間:1996-11-7

價格:USD 191.95

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780763703578

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算機科學
• 指令集
• 微處理器
• Programming
• Motorola
• Microprocessor
• CPU
• 68000
• M68000
• 匯編語言
• 係統編程
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• Motorola
• 68000
• 硬件編程

嵌入式係統微控製器編程與應用：基於ARM Cortex-M架構的實踐指南 本書簡介 本書《嵌入式係統微控製器編程與應用：基於ARM Cortex-M架構的實踐指南》旨在為電子工程、計算機科學及相關領域的學生和工程師提供一套全麵、深入且極具實踐指導意義的教材和參考手冊。本書的核心關注點是當代嵌入式係統設計中最主流、應用最廣泛的ARM Cortex-M係列微控製器（如STM32、NXP Kinetis、TI Tiva C等）。本書摒棄瞭對特定、已逐漸淡齣主流應用的傳統架構（如M68000）的深入探討，而是將全部精力集中於現代、高性能、低功耗的Cortex-M生態係統。 本書的結構設計充分考慮瞭從基礎理論到復雜係統實現的完整學習路徑。內容組織遵循“理論先行，實踐驅動”的原則，確保讀者不僅理解“如何做”，更能理解“為何要這樣做”。 --- 第一部分：Cortex-M架構基礎與開發環境搭建 (共需約300字) 本部分將為讀者構建一個堅實的理論基礎，理解現代微控製器的工作原理，並熟練掌握必要的開發工具鏈。 第一章：嵌入式係統概述與Cortex-M傢族概覽 本章首先界定嵌入式係統的基本概念、特性和在現代科技中的角色。隨後，詳細介紹ARM Cortex-M內核的設計哲學——高能效、實時性與功能集成。我們將對比Cortex-M0/M0+（注重能效）、M3/M4（通用主流，含DSP指令）、M7（高性能，帶緩存）的架構差異，幫助讀者根據項目需求選擇閤適的平颱。本章將清晰闡述從傳統的8位/16位架構嚮32位Cortex-M過渡的設計優勢，特彆是性能/功耗比的提升。 第二章：開發工具鏈與基礎配置 本章側重於實踐入門。我們將詳細介紹主流的交叉編譯環境（Toolchain），包括GCC for ARM（GNU Compiler Collection）和商業編譯器（如Keil MDK、IAR EWARM）的安裝與配置。重點講解啓動文件（Startup Code）、鏈接腳本（Linker Script）的基本結構及其在代碼重定位和內存映射中的作用。讀者將學習如何使用JTAG/SWD調試器進行硬件連接、固件燒錄和基礎調試操作。 --- 第二部分：Cortex-M核心機製與底層編程 (共需約500字) 深入Cortex-M內核的運作機製，是實現高效嵌入式軟件的關鍵。本部分著重於匯編級/C語言混閤編程技巧，以及對處理器狀態的精細控製。 第三章：Cortex-M核心寄存器與異常處理 詳細剖析Cortex-M的特權/非特權模式、堆棧管理（主堆棧指針MSP與過程堆棧指針PSP）。深入講解程序狀態寄存器（xPSR）的結構，包括條件標誌位、執行狀態。本章的核心是異常模型，包括係統錯誤、外部中斷（NVIC）的優先級配置、嚮量錶管理，以及中斷服務程序（ISR）的入口和退齣機製，特彆是硬件自動上下文保存與恢復的流程。 第四章：指令集深度解析與匯編語言實踐 本章聚焦於Thumb-2指令集架構（TIA）。我們將係統性地介紹數據處理指令、加載/存儲指令、分支指令和特殊指令（如數據同步屏障DSB、數據內存屏障DMB）。通過大量實例，展示如何使用內聯匯編（Inline Assembly）優化關鍵性能路徑，例如實現原子操作、高效的位操作和循環展開，強調Thumb-2指令的16位/32位混閤編碼特性如何優化代碼密度。 第五章：內存係統與總綫結構 深入探討Cortex-M的內存映射單元（MPU，若存在）或內存保護單元（MPU/MMU在更高版本中）。講解內部SRAM、Flash存儲器的訪問時序、保護機製。此外，本章還會細緻分析AHB/APB總綫矩陣，數據訪問的延遲（Wait States），以及如何通過閤理配置DMA控製器來卸載CPU對數據傳輸的乾預。 --- 第三部分：片上外設驅動與實時操作係統 (共需約450字) 本部分將理論知識轉化為實際的係統功能實現，重點是標準外設的初始化和實時多任務管理。 第六章：通用輸入/輸齣（GPIO）與定時器 詳細講解GPIO端口的配置，包括推挽/開漏輸齣、上拉/下拉電阻的啓用，以及輸入模式下的去抖動需求。定時器模塊的配置是本章的重點，涵蓋基礎定時（計數、溢齣）、捕獲模式（用於信號測量）和比較模式（用於PWM生成）。通過實例，展示如何使用硬件定時器實現精確的周期性任務調度。 第七章：串行通信接口與數據采集 係統介紹UART/USART、SPI和I2C三種主流片上通信協議的硬件結構和軟件驅動實現。重點講解總綫仲裁、時鍾同步、數據幀格式的構建。對於SPI和I2C，將詳細論述主設備/從設備的選擇，以及在數據傳輸過程中如何處理錯誤校驗和中斷機製。 第八章：實時操作係統（RTOS）基礎與集成 本章引入FreeRTOS或類似的輕量級RTOS。講解任務管理（Task Control Blocks）、上下文切換的底層機製（通常由PendSV異常觸發）。深入討論信號量（Semaphores）、互斥鎖（Mutex）和消息隊列（Queue）在解決並發訪問和任務間通信中的應用，強調優先級反轉問題的識彆與規避。 --- 第四部分：高級主題與係統集成 (共需約250字) 最後一部分將引導讀者處理更復雜的係統級問題，確保所開發的應用具備魯棒性和可維護性。 第九章：直接內存訪問（DMA）與數據流優化 講解DMA控製器的結構，包括通道分配、源/目標地址設置、傳輸完成中斷。通過實例演示如何利用DMA高效地從ADC讀取數據並傳輸到內存緩衝區，或從內存批量寫入到通信外設，以實現零CPU乾預的高速數據吞吐。 第十章：固件更新與係統調試策略 探討嵌入式設備生命周期管理中的關鍵環節：Bootloader的設計原則、安全固件更新（OTA）的實現基礎，以及如何通過看門狗定時器（Watchdog Timer）增強係統可靠性。本章最後總結瞭高級調試技術，如使用邏輯分析儀輔助調試和利用內存保護單元進行運行時錯誤檢測。 --- 本書特點總結 本書通過大量的實戰代碼示例，全部基於現代Cortex-M芯片平颱，確保瞭知識的即時可用性。它避免瞭對老舊或特定架構的冗餘描述，專注於32位高性能嵌入式開發的當前標準。本書旨在培養具備底層硬件理解、高效代碼編寫能力以及復雜係統集成思維的現代嵌入式工程師。

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本書在對68000係列微處理器進行介紹時，並沒有止步於指令集和架構，而是將它置於當時的計算機發展的大背景下進行闡述。作者提及瞭68000係列在個人電腦、工作站以及一些專業設備中的廣泛應用，例如早期的Macintosh電腦、Amiga電腦以及一些工業控製係統。這讓我能夠更直觀地理解，為什麼68000係列曾經如此重要，以及它在計算機發展史上的地位。書中還穿插瞭一些關於當時軟件開發環境的介紹，比如不同版本的操作係統（如early Mac OS、AmigaOS）是如何利用68000係列特性的，以及一些經典的開發工具（如宏匯編器、鏈接器）是如何工作的。這種曆史視角，使得學習過程更加生動有趣，也讓我能夠更好地理解現代計算機技術的演進脈絡。對於那些對計算機曆史感興趣的讀者而言，這本書不僅僅是一本技術書籍，更是一部關於那個時代計算機科學發展的重要文獻。它能夠幫助我們理解，那些曾經叱吒風雲的技術，是如何一步步演變成今天的模樣。

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本書最令我贊嘆的一點，是其在代碼優化方麵的深度。匯編語言編程的精髓之一，就在於能夠最大程度地榨乾硬件的性能。本書作者在介紹完指令集和基本編程技巧後，並沒有就此打住，而是花費瞭相當大的篇幅來講解各種代碼優化策略。這包括瞭指令流水綫的使用、緩存的利用、寄存器分配的技巧、循環展開、分支預測優化等。作者通過具體的代碼對比，清晰地展示瞭優化前後的性能差異，並分析瞭産生這種差異的原因。他甚至還深入到一些底層的硬件細節，例如等待狀態、總綫周期等，來解釋為何某些優化手段能夠提升效率。我曾經在一款對性能要求極高的實時係統中，嘗試過書中介紹的幾種優化技巧，效果顯著。這讓我深刻體會到，匯編語言並非隻是“機器的語言”，更是“性能的語言”。對於任何追求極緻性能的開發者而言，本書的優化章節，絕對是值得反復研讀的寶庫，它能夠幫助我們寫齣真正高效、優雅的底層代碼。

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本書對於68000係列在嵌入式係統開發中的應用，給予瞭充分的關注。在現今，雖然ARM等新一代架構已經占據瞭主流，但68000係列在一些特定的工業控製、醫療設備以及復古遊戲機領域，依然有著不可替代的地位。本書作者並未迴避這一事實，而是專門開闢章節，詳細介紹瞭如何利用68000係列進行嵌入式係統的開發。這包括瞭對GPIO（通用輸入輸齣）端口的直接操作，如何通過匯編語言編寫驅動程序來控製各種外設，如LCD顯示屏、ADC/DAC轉換器、通信接口（如UART、SPI、I2C）等。作者還提及瞭一些在嵌入式開發中常用的技巧，例如如何優化代碼以減小程序體積和提高執行速度，如何處理功耗限製，以及如何利用片上外設資源。這些內容對於那些想要進入嵌入式領域，或者正在為老舊的68000係列設備進行維護和開發的工程師來說，無疑是極其寶貴的。它彌補瞭許多現代高級語言教程在這方麵的不足，提供瞭直接且高效的解決方案。

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這本書的內容編排，可以說是匠心獨運。它並非按照簡單的從易到難順序排列，而是將看似獨立的知識點巧妙地串聯起來，形成瞭一個互為印證的整體。例如，在講解中斷嚮量錶時，作者並沒有急於深入中斷處理程序的細節，而是先從CPU的復位流程開始，然後引齣硬件中斷的産生，最後纔迴到中斷嚮量錶的作用，以及如何為不同的中斷源分配處理程序。這種“先鋪墊，再深入”的方式，極大地降低瞭學習的門檻，也讓知識點之間的關聯更加清晰。我特彆欣賞書中關於內存尋址模式的詳細講解。68000係列提供瞭多種強大的尋址模式，如直接尋址、寄存器間接尋址、基址加變址尋址等，這些模式的靈活性是其強大之處，但同時也給初學者帶來瞭一定的睏惑。本書作者則通過大量的圖示和具體的代碼片段，將每一種尋址模式的運作原理剖析得淋灕盡緻，讓我能夠清晰地理解CPU是如何根據不同的指令和操作數來訪問內存的。此外，書中還涉及到瞭分段和分頁內存管理的概念，雖然68000係列在此方麵的實現相對簡單，但作者的講解依然能夠為理解更復雜的現代內存管理機製打下堅實的基礎。

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這本書在係統編程領域的深入探討，讓我印象尤為深刻。它不僅僅是停留在匯編語言的語法和指令層麵，而是將匯編語言置於整個係統架構的宏觀視角下進行審視。作者詳細講解瞭操作係統如何與硬件進行交互，包括中斷處理、內存分配、進程調度等核心概念。其中關於“係統調用”的章節，更是讓我茅塞頓開。我之前一直覺得係統調用是高級語言封裝好的東西，而這本書則揭示瞭這些高級封裝背後，是如何通過匯編指令與操作係統內核進行通信的。作者通過分析一些典型的係統調用，如文件I/O、進程創建等，展示瞭匯編語言在實現這些底層功能時的具體步驟和關鍵指令。這對於理解操作係統的運作機製，以及如何編寫高效的底層驅動程序，都具有非常重要的意義。此外，書中還涉及到瞭鏈接器、加載器等概念，解釋瞭編譯後的目標文件是如何被組裝成可執行程序的，以及程序是如何被加載到內存中運行的。這些內容，對於理解程序的生命周期以及軟件的構建過程，都提供瞭寶貴的視角。

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這本書的文字給我留下瞭極為深刻的印象。作者的語言風格嚴謹但不失生動，尤其是在描述匯編指令的執行流程時，他並沒有簡單地堆砌枯燥的指令碼，而是運用瞭大量的篇幅來闡述每一條指令的“意圖”和“副作用”。我常常能在閱讀的過程中，腦海中勾勒齣一幅幅指令在CPU內部流淌、數據在寄存器之間跳躍的畫麵。這種“可視化”的講解方式，對於理解那些高度底層的操作至關重要。而且，作者在引入新的概念時，總會巧妙地將它們與之前的內容聯係起來，形成一個邏輯嚴密的知識體係。例如，在講解堆棧操作時，他會迴溯到函數調用和中斷處理的機製，讓我明白堆棧不僅僅是存儲局部變量和返迴地址的區域，更是整個程序運行流程得以順暢的關鍵。書中大量的代碼示例，都是經過精心設計和驗證的，它們清晰地展示瞭理論知識在實踐中的應用。我特彆喜歡其中關於位操作和位圖處理的章節，作者用非常直觀的方式講解瞭如何高效地操作二進製數據，這在嵌入式開發和遊戲編程中都具有極高的實用價值。總的來說，這本書的文字功底十分紮實，它既能滿足資深工程師對細節的追求，也能引導初學者一步步深入理解匯編的奧秘。

评分☆☆☆☆☆

這本書關於異常和中斷處理的章節，可謂是整本書的點睛之筆。它深入闡述瞭CPU如何在遇到非正常情況（如非法指令、除零錯誤）或外部事件（如鍵盤輸入、定時器溢齣）時，如何暫停當前正在執行的任務，轉而去執行預先設定的處理程序，並在處理完成後，盡可能地恢復到中斷前的狀態。作者通過詳細的圖示和代碼示例，解釋瞭中斷嚮量錶的結構、中斷優先級、中斷嵌套等關鍵概念。我尤其欣賞他對“精確中斷”和“非精確中斷”的區分講解，這對於理解不同CPU型號在中斷處理機製上的差異至關重要。而且，書中還對軟件中斷（TRAP指令）的應用進行瞭深入分析，展示瞭它在實現係統調用和錯誤處理機製中的重要作用。這讓我深刻理解瞭，為何在底層編程中，異常和中斷處理是如此基礎且關鍵的組成部分。掌握瞭這部分內容，就如同掌握瞭CPU的“應對策略”，能夠更好地理解和控製程序的運行流程，甚至在復雜場景下實現高效的錯誤恢復機製。

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這本書的封麵設計，那厚重的紙張質感，還有書脊上那鎏金的字體，都散發著一種沉甸甸的專業氣息。當翻開第一頁，撲麵而來的不僅僅是印刷精美的文本，更是那些跨越時代的計算機架構和底層運作原理的深刻剖析。我記得第一次接觸68000係列的時候，還是在那個 floppy disk 滿天飛的年代，那時候能接觸到的資料少得可憐，而且多半是晦澀難懂的英文手冊。所以，當我看到這本書的標題時，內心是充滿期待的，它承諾瞭我一直渴望的那種“從硬件到軟件，無所不包”的深度。書中的每一個章節，從基礎的指令集介紹，到復雜的係統調用，再到內存管理和外設接口的驅動編寫，都仿佛是在為我打開一扇又一扇通往計算機心髒的大門。我尤其欣賞作者在解釋那些抽象概念時所用的類比和圖示，它們不像教科書那樣枯燥，而是充滿瞭智慧的光芒，能夠讓一個初學者也能逐步領悟到匯編語言的精妙之處。這本書不僅僅是關於68000，它更是一種對計算機科學早期發展曆程的緻敬，一種對底層技術深刻理解的傳承。那些年代的程序員，他們是如何在資源有限的環境下，創造齣令人驚嘆的軟件的？這本書，就是解開這個謎團的一把鑰匙。它讓我重新審視瞭現代高級語言的便利性，也更加欽佩那些在最底層打拼過的先驅們。這本書的價值，遠不止於技術本身，更在於它所蘊含的工程哲學和解決問題的思路。

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這本書對68000係列各個型號的細微差彆，都有著相當細緻的描述。我知道68000係列並非鐵闆一塊，從最初的68000到後來的68020、68030、68040，再到68060，每一個型號在指令集、寄存器、內存管理單元（MMU）等方麵都有著演進和改進。本書作者並沒有迴避這些差異，而是選擇性地將關鍵的改進點拎齣來，與基礎指令集進行對比分析。例如，在講解浮點協處理器（FPU）指令時，他會說明哪些型號的CPU集成瞭FPU，以及不同FPU版本之間可能存在的指令集差異。這種對細節的關注，對於那些需要在特定硬件平颱上進行開發的用戶來說，無疑是極其寶貴的。我曾經在處理一個老式嵌入式係統時，就因為對CPU型號細微的指令集差異缺乏瞭解，而浪費瞭大量的時間去調試。這本書的齣現，簡直就是我當年的“及時雨”。它不僅僅是停留在對通用指令集的介紹，而是真正深入到瞭不同硬件實現上的差異，提供瞭寶貴的參考信息。對於那些想要深入理解68000係列曆史沿革和技術演進的讀者而言，這本書無疑是必不可少的。

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這本書的調試技巧章節，可以說是實戰派的福音。在匯編語言編程中，調試往往是比編寫代碼更具挑戰性的部分。由於代碼的直接映射到硬件，一個細微的錯誤就可能導緻程序崩潰，而錯誤的定位和修復則需要對CPU的工作原理有深入的理解。本書作者則分享瞭大量實用的調試策略和工具使用技巧。他詳細介紹瞭如何利用調試器（如GDB），設置斷點、單步執行、查看寄存器和內存內容，以及如何分析堆棧迴溯信息來定位問題。而且，他還針對68000係列的一些典型錯誤，如地址越界、指令錯誤、數據損壞等，提供瞭具體的排查思路和解決方案。我記得書中有一個關於“死鎖”的案例分析，作者通過一步步地跟蹤程序執行，最終定位到瞭一個非常隱蔽的資源競爭問題。這種結閤理論講解和實際案例分析的調試方法，極大地提升瞭我解決匯編語言編程難題的能力。對於任何一位從事底層編程的開發者來說，這本書的調試篇章，都堪稱是一部“葵花寶典”。

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