具体描述
好的，以下是一本关于微处理器架构、编程与系统，但不包含《Microprocessor Architecture, Programming, And Systems Featuring the 8085》内容的图书简介。 --- 图书名称：《现代嵌入式系统与高性能计算：基于ARM Cortex-M与RISC-V架构的深度解析》 内容简介 本书深入探讨了现代嵌入式系统设计与高性能计算领域的前沿技术，重点聚焦于当前工业界和学术界广泛采用的两大主流架构：ARM Cortex-M系列微控制器和RISC-V开源指令集架构。本书旨在为电子工程、计算机科学、自动化控制等专业的学生及在职工程师提供一套全面、系统且与时俱进的知识体系，使其能够掌握从底层硬件接口到复杂软件应用的全栈开发能力。 第一部分：现代嵌入式系统基础与ARM Cortex-M架构精要 (约 500 字) 本部分首先奠定了现代嵌入式系统设计的理论基础，涵盖了实时操作系统（RTOS）的基本概念、中断处理机制、存储器映射以及低功耗设计策略。重点转向 ARM Cortex-M 系列微控制器，特别是主流的 Cortex-M3 和 Cortex-M4 核心。 1.1 ARM Cortex-M 架构剖析： 我们将详细解析 Cortex-M 内核的流水线结构、特权级别（如线程模式与处理模式）、堆栈配置（MSP/PSP）以及关键的系统控制模块，如NVIC（嵌套向量中断控制器）的配置与优先级分组。内容聚焦于如何高效地利用硬件特性来设计高可靠性的系统。 1.2 内存系统与总线结构： 探讨片上存储器（SRAM、Flash）的组织方式，以及AHB-Lite和APB总线的互联机制。书中会用大量图表说明如何通过总线矩阵优化数据传输效率，并介绍 MPU（内存保护单元）在保护关键代码和数据区域中的作用。 1.3 外设驱动与低级编程： 深入讲解如何直接操作寄存器（Register Level Programming）来驱动关键外设，包括通用定时器（Timers）、模数转换器（ADC/DAC）、串行通信接口（UART、SPI、I2C）。相比于抽象化的HAL库，本书强调理解硬件时序图和时钟树配置的重要性，以实现精确控制和最高效率。 1.4 实时操作系统集成： 详细介绍 FreeRTOS 或 Zephyr 等主流 RTOS 在 Cortex-M 平台上的移植与应用。内容包括任务调度算法、信号量、互斥锁、消息队列的设计模式，以及中断服务程序（ISR）与任务之间的安全交互规范。 第二部分：RISC-V 架构原理与定制化实践 (约 550 字) 随着开源硬件的兴起，RISC-V已成为构建下一代嵌入式和高性能系统的关键技术。本部分将全面介绍RISC-V的指令集架构（ISA）及其在实际项目中的应用。 2.1 RISC-V ISA 基础： 详细解析RV32I/RV64I基础整数指令集，包括寄存器文件、加载/存储指令、算术逻辑运算和控制流指令。重点区分RV32E（嵌入式版本）与标准RV32I的差异。 2.2 定制化与扩展性： RISC-V最大的优势在于其模块化和可扩展性。本书将深入探讨定制指令（Custom Extensions）的设计流程，如何通过RISC-V的“未定义”操作码空间来集成特定领域的加速器或优化特定算法，例如在DSP或机器学习推理中的应用。 2.3 工具链与仿真环境： 介绍基于GNU GCC工具链（Binutils, GCC, GDB）的RISC-V交叉编译环境的搭建。同时，利用 Spike 模拟器和 QEMU 等工具，演示如何进行指令级仿真和系统级虚拟化调试，无需依赖昂贵的物理硬件。 2.4 RISC-V 嵌入式开发： 探讨在RISC-V核心上实现启动代码（Bootloader）和中断向量表的步骤。通过一个具体的SoC（System-on-Chip）平台案例，讲解如何配置PLIC（平台级中断控制器）和CLINT（核心本地中断器），以实现与ARM NVIC等效的精确中断管理。 第三部分：高性能计算、系统集成与现代调试技术 (约 450 字) 本部分着眼于将上述架构知识应用于更复杂的系统集成和性能优化中，并引入现代软件工程实践。 3.1 存储器访问优化与缓存一致性： 针对高性能需求，解析现代处理器的指令缓存（ICache）和数据缓存（DCache）的工作原理。书中会探讨缓存命中率的计算、伪共享（False Sharing）问题，以及如何使用内存屏障（Memory Barriers/Fences）来确保多核/多处理器系统中的数据一致性。 3.2 系统级调试与跟踪： 介绍 JTAG/SWD 接口在嵌入式开发中的核心作用。重点讲解如何利用硬件调试探针（如Segger J-Link或OpenOCD）配合GDB进行断点设置、寄存器观察和内存映像查看。对于高性能系统，将介绍ETM（嵌入式跟踪宏单元）或RISC-V的PMP/T-Trace机制，实现非侵入式的代码执行跟踪和性能瓶颈分析。 3.3 固件更新与安全性考量： 讨论安全启动（Secure Boot）的基本概念，包括代码签名验证和安全存储。同时，详细介绍基于双备份（A/B Partitioning）的可靠的空中下载（OTA）固件更新机制，确保系统在更新过程中仍能保持功能完整性。 3.4 低功耗与能效管理： 结合前述的硬件知识，探讨如何设计功耗敏感的应用程序。内容包括时钟门控（Clock Gating）、电源域管理（Power Domains）、深度睡眠模式（Sleep Modes）的配置，以及如何利用RTOS Tickless Idle机制来最大限度地减少系统空闲时的能耗。 --- 目标读者： 计算机工程、电子工程、自动化专业学生；嵌入式系统开发工程师；固件工程师；对RISC-V架构感兴趣的硬件架构师。 本书特色： 本书完全侧重于当前的工业标准（ARM Cortex-M）和新兴的开源标准（RISC-V），避免了对过时或特定指令集架构（如8085）的冗余介绍，确保内容的前瞻性和实用性。所有代码示例均采用现代C/C++语言，并强调对寄存器级操作的理解，而非仅仅依赖高级抽象库。
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