具體描述
好的，以下是一本關於微處理器架構、編程與係統，但不包含《Microprocessor Architecture, Programming, And Systems Featuring the 8085》內容的圖書簡介。 --- 圖書名稱：《現代嵌入式係統與高性能計算：基於ARM Cortex-M與RISC-V架構的深度解析》 內容簡介 本書深入探討瞭現代嵌入式係統設計與高性能計算領域的前沿技術，重點聚焦於當前工業界和學術界廣泛采用的兩大主流架構：ARM Cortex-M係列微控製器和RISC-V開源指令集架構。本書旨在為電子工程、計算機科學、自動化控製等專業的學生及在職工程師提供一套全麵、係統且與時俱進的知識體係，使其能夠掌握從底層硬件接口到復雜軟件應用的全棧開發能力。 第一部分：現代嵌入式係統基礎與ARM Cortex-M架構精要 (約 500 字) 本部分首先奠定瞭現代嵌入式係統設計的理論基礎，涵蓋瞭實時操作係統（RTOS）的基本概念、中斷處理機製、存儲器映射以及低功耗設計策略。重點轉嚮 ARM Cortex-M 係列微控製器，特彆是主流的 Cortex-M3 和 Cortex-M4 核心。 1.1 ARM Cortex-M 架構剖析： 我們將詳細解析 Cortex-M 內核的流水綫結構、特權級彆（如綫程模式與處理模式）、堆棧配置（MSP/PSP）以及關鍵的係統控製模塊，如NVIC（嵌套嚮量中斷控製器）的配置與優先級分組。內容聚焦於如何高效地利用硬件特性來設計高可靠性的係統。 1.2 內存係統與總綫結構： 探討片上存儲器（SRAM、Flash）的組織方式，以及AHB-Lite和APB總綫的互聯機製。書中會用大量圖錶說明如何通過總綫矩陣優化數據傳輸效率，並介紹 MPU（內存保護單元）在保護關鍵代碼和數據區域中的作用。 1.3 外設驅動與低級編程： 深入講解如何直接操作寄存器（Register Level Programming）來驅動關鍵外設，包括通用定時器（Timers）、模數轉換器（ADC/DAC）、串行通信接口（UART、SPI、I2C）。相比於抽象化的HAL庫，本書強調理解硬件時序圖和時鍾樹配置的重要性，以實現精確控製和最高效率。 1.4 實時操作係統集成： 詳細介紹 FreeRTOS 或 Zephyr 等主流 RTOS 在 Cortex-M 平颱上的移植與應用。內容包括任務調度算法、信號量、互斥鎖、消息隊列的設計模式，以及中斷服務程序（ISR）與任務之間的安全交互規範。 第二部分：RISC-V 架構原理與定製化實踐 (約 550 字) 隨著開源硬件的興起，RISC-V已成為構建下一代嵌入式和高性能係統的關鍵技術。本部分將全麵介紹RISC-V的指令集架構（ISA）及其在實際項目中的應用。 2.1 RISC-V ISA 基礎： 詳細解析RV32I/RV64I基礎整數指令集，包括寄存器文件、加載/存儲指令、算術邏輯運算和控製流指令。重點區分RV32E（嵌入式版本）與標準RV32I的差異。 2.2 定製化與擴展性： RISC-V最大的優勢在於其模塊化和可擴展性。本書將深入探討定製指令（Custom Extensions）的設計流程，如何通過RISC-V的“未定義”操作碼空間來集成特定領域的加速器或優化特定算法，例如在DSP或機器學習推理中的應用。 2.3 工具鏈與仿真環境： 介紹基於GNU GCC工具鏈（Binutils, GCC, GDB）的RISC-V交叉編譯環境的搭建。同時，利用 Spike 模擬器和 QEMU 等工具，演示如何進行指令級仿真和係統級虛擬化調試，無需依賴昂貴的物理硬件。 2.4 RISC-V 嵌入式開發： 探討在RISC-V核心上實現啓動代碼（Bootloader）和中斷嚮量錶的步驟。通過一個具體的SoC（System-on-Chip）平颱案例，講解如何配置PLIC（平颱級中斷控製器）和CLINT（核心本地中斷器），以實現與ARM NVIC等效的精確中斷管理。 第三部分：高性能計算、係統集成與現代調試技術 (約 450 字) 本部分著眼於將上述架構知識應用於更復雜的係統集成和性能優化中，並引入現代軟件工程實踐。 3.1 存儲器訪問優化與緩存一緻性： 針對高性能需求，解析現代處理器的指令緩存（ICache）和數據緩存（DCache）的工作原理。書中會探討緩存命中率的計算、僞共享（False Sharing）問題，以及如何使用內存屏障（Memory Barriers/Fences）來確保多核/多處理器係統中的數據一緻性。 3.2 係統級調試與跟蹤： 介紹 JTAG/SWD 接口在嵌入式開發中的核心作用。重點講解如何利用硬件調試探針（如Segger J-Link或OpenOCD）配閤GDB進行斷點設置、寄存器觀察和內存映像查看。對於高性能係統，將介紹ETM（嵌入式跟蹤宏單元）或RISC-V的PMP/T-Trace機製，實現非侵入式的代碼執行跟蹤和性能瓶頸分析。 3.3 固件更新與安全性考量： 討論安全啓動（Secure Boot）的基本概念，包括代碼簽名驗證和安全存儲。同時，詳細介紹基於雙備份（A/B Partitioning）的可靠的空中下載（OTA）固件更新機製，確保係統在更新過程中仍能保持功能完整性。 3.4 低功耗與能效管理： 結閤前述的硬件知識，探討如何設計功耗敏感的應用程序。內容包括時鍾門控（Clock Gating）、電源域管理（Power Domains）、深度睡眠模式（Sleep Modes）的配置，以及如何利用RTOS Tickless Idle機製來最大限度地減少係統空閑時的能耗。 --- 目標讀者： 計算機工程、電子工程、自動化專業學生；嵌入式係統開發工程師；固件工程師；對RISC-V架構感興趣的硬件架構師。 本書特色： 本書完全側重於當前的工業標準（ARM Cortex-M）和新興的開源標準（RISC-V），避免瞭對過時或特定指令集架構（如8085）的冗餘介紹，確保內容的前瞻性和實用性。所有代碼示例均采用現代C/C++語言，並強調對寄存器級操作的理解，而非僅僅依賴高級抽象庫。
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