嵌入式硬件設計（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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卡特索利斯 著

圖書標籤:

• 嵌入式係統
• 硬件設計
• 嵌入式硬件
• ARM
• 單片機
• 電子工程
• 電路設計
• 開發闆
• 實踐
• 第二版

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787508353722

版次：1

商品編碼：10100235

包裝：平裝

齣版時間：2008-01-01

頁數：361

編輯推薦

　　《嵌入式硬件設計（第2版）》作者憑藉其豐富的實踐經驗告訴讀者，如何設計和構建全新的嵌入式設備與計算機化的小型設備，以及如何修改和擴充一個現有的係統。讀者對象：自動化儀錶和信號處理科研及工程技術人員。

內容簡介

　　《嵌入式硬件設計（第2版）》是《嵌入式硬件設計》一書的第二版，不僅為初學者提供瞭嵌入式設計的基本知識，也為高級係統設計者提供瞭有用的參考資料。目前市麵上可以看到相光書籍，不是專門探討如何為特定微處理器編寫程序，就是隻強調嵌入式係統的設計原理而不提供任何實用信息，《嵌入式硬件設計》（第2版）兼顧瞭這二者。

目錄

前言
第1章 計算機體係結構介紹
概念
存儲器
輸入/輸齣
DMA
嵌入式計算機體係結構
第2章 匯編語言
寄存器
機器碼
有符號數
尋址模式
用匯編語言編程
反匯編
位置無關代碼
循環
屏蔽
索引尋址
堆棧
指令的時序
第3章 Forth與公開固件標準
Forth簡介
字符串
堆棧操作
創建新詞
注釋
if…else
循環
數據結構
與硬件和存儲器的交互
Forth程序設計準則
第4章 電子學概覽
電壓和電流
模擬信號
功率
理解電路原理圖
電阻
電容
RC電路
電感
變壓器
二極管
晶體
數字信號
電氣特性
邏輯門
閱讀技術手冊的重要性
第5章 電源
來自壁上插座的電流
電池
低功耗設計
穩壓器
LM78xx穩壓器
MAX603/MAX604穩壓器
MAXl615穩壓器
MAx724穩壓器
電氣噪聲與乾擾
第6章 搭建硬件平颱
工具
焊接
快速的構建方式
印製電路闆
製作電路闆
JTAG
第7章 用SPI添加外部設備
串行外圍設備接口
第8章 用I2C添加外部設備
I2C簡介
使用I2C接口添加一個實時時鍾
使用I2C接口添加一個小顯示設備
第9章 串口
通用異步收發器（UART）
錯誤檢測
曆史悠久而可靠的RS-232C
RS-422
RS-485
第10章 IrDA
IrDA簡介
第11章 USB
USB簡介
USB包
物理接口
USB接口的實現
第12章 網絡
CAN
以太網
第13章 模擬量
放大器
模/數轉換
連接外部ADC
溫度傳感器
光電傳感器
加速計
壓力傳感器
磁場傳感器
數/模轉換
脈寬調製
電機控製
控製大負載
第14章 PIC微控製器
兩款處理器的發展史
一個簡單的實例
一個更大的PIC處理器
基於PIC的環境數據記錄器
用PIC來控製電機
第15章 AVR微控製器
AVR處理器的體係結構
ATtiny15處理器
代碼的下載
更強大的AVR處理器
基於AVR的數據記錄器
總綫接口
第16章 68HC11
68HC11的體係結構
一颱基於68HC11的簡單計算機
第17章 MAXQ
MAXQ概覽
電路原理圖
第18章 68000係列計算機
68000處理器的體係結構
簡單的基於68000的計算機
第19章 基於DSP的控製器
DSP56800係列
基於DSP56805的計算機
JTAG

前言/序言

《現代嵌入式係統開發實戰指南》 第一章：嵌入式係統基礎與架構 本章將深入剖析嵌入式係統的核心概念，勾勒齣其發展曆程和關鍵技術演進。我們將從最基礎的定義齣發，理解嵌入式係統區彆於通用計算機的關鍵特徵，如專一性、實時性、可靠性以及低功耗需求。隨後，我們將詳細探討嵌入式係統的典型架構，包括處理器核心（如ARM、RISC-V）、內存（RAM、ROM、Flash）、輸入/輸齣接口（GPIO、UART、SPI、I2C、USB、Ethernet）、以及各種外圍設備（傳感器、執行器、顯示器）。 1.1 嵌入式係統定義與特性 定義： 嵌入式係統是專為執行特定功能而設計的計算機係統，它通常集成在更大的設備中，並且不對用戶直接可見。 關鍵特性： 專一性： 針對特定應用場景進行優化，功能相對固定。 實時性： 對任務的響應時間有嚴格要求，必須在規定的時間內完成。 可靠性： 需要在惡劣環境中長期穩定運行，容錯能力強。 低功耗： 許多嵌入式設備依賴電池供電，因此功耗是設計的重要考量。 體積小、成本低： 往往需要集成到小型設備中，成本是商業化部署的關鍵。 強交互性： 通常需要與物理世界進行交互，通過傳感器采集信息，通過執行器産生動作。 1.2 嵌入式係統架構詳解 核心處理器： 指令集架構（ISA）： RISC（精簡指令集計算機）與CISC（復雜指令集計算機）的對比，以及ARM、RISC-V等主流ISA的特點和應用領域。 微控製器（MCU）與微處理器（MPU）： 兩者的區彆、集成度、性能以及適用場景。 片上係統（SoC）： 介紹SoC的集成化設計理念，如何將CPU、GPU、內存控製器、I/O接口等集成到單一芯片上。 存儲器係統： RAM (Random Access Memory)： SRAM和DRAM的原理、特性及應用。 ROM (Read-Only Memory)： Mask ROM、PROM、EPROM、EEPROM、Flash Memory的演進與區彆，以及Flash Memory在嵌入式係統中的重要性。 存儲器映射： 講解CPU如何訪問不同類型的存儲器。 輸入/輸齣（I/O）接口： 通用輸入/輸齣（GPIO）： 最基本的數字信號輸入/輸齣接口，用於控製LED、讀取按鍵等。 串行通信接口： UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)： 異步串行通信，常用於調試、設備間通信。 SPI (Serial Peripheral Interface)： 同步串行通信，常用於連接傳感器、存儲器等外設。 I2C (Inter-Integrated Circuit)： 多主控、多從屬的串行通信總綫，常用於連接各種低速外設。 並行通信接口： （若有，簡述） USB (Universal Serial Bus)： 標準的通用串行總綫，用於數據傳輸和設備連接。 Ethernet： 用於局域網通信，連接嵌入式設備到網絡。 外圍設備集成： 傳感器接口： ADC (Analog-to-Digital Converter)、DAC (Digital-to-Analog Converter) 的作用，以及如何連接各種模擬傳感器。 執行器控製： PWM (Pulse Width Modulation) 用於電機速度控製、LED亮度調節等。 顯示接口： SPI、I2C、RGB LCD接口等。 定時器與計數器： 實現精確時間測量、周期性任務觸發。 中斷控製器： 異步事件處理的關鍵。 第二章：嵌入式硬件平颱選型與評估 選擇閤適的硬件平颱是嵌入式項目成功的基石。本章將引導讀者理解不同硬件平颱的優勢與劣勢，掌握關鍵的選型策略，並提供一套係統性的評估方法。我們將重點關注微控製器（MCU）和微處理器（MPU）兩大類平颱，並探討開發闆、單闆計算機（SBC）等常用開發工具的應用。 2.1 微控製器（MCU）平颱選型 主流MCU架構與係列： ARM Cortex-M係列： 介紹M0, M3, M4, M7等核心的特點、功耗、性能對比，以及STMicroelectronics (STM32), NXP, Microchip等廠商的代錶性産品綫。 RISC-V MCU： 介紹RISC-V開源指令集在MCU領域的興起，及其生態發展。 其他架構（如8051, AVR）： 簡述其應用領域和特點。 關鍵選型指標： 主頻與處理能力： 根據應用需求選擇閤適的CPU性能。 內存容量（Flash與RAM）： 決定瞭可運行的代碼量和數據存儲空間。 外設接口豐富度： 是否包含所有必需的通信接口、定時器、ADC等。 功耗特性： 低功耗模式、待機電流等，對電池供電應用至關重要。 工作電壓與溫度範圍： 滿足實際工作環境要求。 封裝形式與尺寸： 影響PCB設計和最終産品體積。 開發生態與工具鏈： IDE、調試器、編譯器、庫支持的成熟度。 成本與供貨穩定性： 商業化生産的關鍵考慮因素。 2.2 微處理器（MPU）平颱選型 主流MPU架構與係列： ARM Cortex-A係列： 介紹A7, A9, A53, A72等核心在高端嵌入式應用中的角色，以及Raspberry Pi, BeagleBone等SBC使用的SoC（如Broadcom, Allwinner, NXP i.MX係列）。 X86架構： 在一些工業PC和高性能嵌入式設備中的應用。 MPU平颱的優勢與劣勢： 優勢： 更高的處理性能，支持更復雜的操作係統（如Linux, Android），強大的多媒體處理能力。 劣勢： 更高的功耗，更復雜的電源管理，更高的成本，更長的啓動時間。 選型考慮因素： 操作係統需求： 是否需要運行Linux、Android等復雜OS。 性能瓶頸分析： CPU、GPU、內存帶寬是否滿足應用需求。 接口擴展性： PCIe, SATA, HDMI等接口的可用性。 功耗預算： 與MCU相比，MPU通常功耗更高，需要考慮散熱和電源設計。 開發難度與生態： 針對MPU的軟件開發和調試通常更復雜。 2.3 開發闆與單闆計算機（SBC）的應用 開發闆（Evaluation Board/Development Board）： 作用： 提供一個完整的硬件平颱，方便開發者快速原型開發和功能驗證，通常集成瞭目標MCU/MPU及其關鍵外設。 選擇建議： 確保開發闆上的資源（如內存、接口）與目標産品接近，並且提供良好的文檔和示例代碼。 單闆計算機（Single Board Computer, SBC）： 作用： 集成瞭CPU、內存、存儲接口（SD卡）、USB、HDMI等，通常運行完整操作係統，適閤作為嵌入式Linux/Android設備的開發平颱。 常見SBC： Raspberry Pi係列、BeagleBone係列、Orange Pi等。 應用場景： 物聯網網關、人機交互設備、工業控製係統、媒體中心等。 2.4 硬件平颱評估方法 需求分析： 明確項目的核心功能、性能要求、功耗限製、成本預算、可靠性標準等。 數據手冊（Datasheet）與技術參考手冊（TRM）： 深入閱讀，理解芯片的詳細規格、寄存器、時序圖等。 社區支持與資料： 評估廠商提供的SDK、示例代碼、參考設計、論壇支持等。 原型驗證： 使用開發闆或SBC進行實際功能測試，評估性能、功耗和穩定性。 長期支持與生命周期： 考慮芯片的可用性和廠商的長期技術支持。 第三章：嵌入式硬件接口設計與連接 本章將深入探討各種嵌入式硬件接口的設計原理、電路實現以及連接注意事項。我們將從基礎的數字I/O端口，到復雜的串行通信協議，再到模擬信號的采集與控製，為您提供全麵而實用的設計指導。 3.1 數字I/O接口設計 GPIO配置與驅動： 輸入/輸齣模式： 設置GPIO為輸入或輸齣。 上拉/下拉電阻： 用於穩定輸入信號，防止浮空。 開漏（Open-Drain）與推挽（Push-Pull）輸齣： 理解其工作原理和應用場景。 驅動能力： 確保GPIO能夠驅動外部負載。 按鍵與開關輸入： 去抖動（Debouncing）： 硬件和軟件去抖動的方法。 下拉/上拉配置： 確保按鍵按下/釋放狀態的明確。 LED指示與驅動： 限流電阻： 保護LED並控製亮度。 PWM調光： 實現LED的亮度控製。 3.2 串行通信接口設計 UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)： 波特率（Baud Rate）： 同步兩端通信速率。 數據位、停止位、校驗位： 通信協議的參數設置。 硬件流控與軟件流控： 防止數據丟失。 RS-232, RS-485, TTL電平： 不同電平標準及其隔離設計。 典型應用： 與PC調試、GPS模塊、藍牙模塊通信。 SPI (Serial Peripheral Interface)： 主從（Master/Slave）模式： 解釋通信角色。 四綫製（SCK, MOSI, MISO, SS）： 各信號綫的含義。 時鍾極性（CPOL）與相位（CPHA）： 兩種工作模式（Mode 0, Mode 1, Mode 2, Mode 3）。 多從設備連接： 使用獨立的片選（SS）信號。 典型應用： 連接Flash存儲器、SD卡、顯示驅動、傳感器。 I2C (Inter-Integrated Circuit)： 總綫結構： SDA（數據綫）與SCL（時鍾綫）。 地址（Address）： 每個設備在總綫上唯一的標識。 多主控（Multi-Master）與仲裁（Arbitration）： 多個設備可能同時嘗試控製總綫。 上拉電阻： 必不可少，確定總綫電平。 典型應用： 連接EEPROM、實時時鍾（RTC）、溫度傳感器、LCD控製器。 CAN (Controller Area Network)： 總綫拓撲： 串行、多主控、總綫式。 非破壞性仲裁： 確保高優先級報文優先傳輸。 差分信號： 提高抗乾擾能力。 典型應用： 汽車電子、工業自動化。 3.3 模擬信號接口設計 ADC (Analog-to-Digital Converter)： 分辨率（Resolution）： 轉換精度（如8-bit, 10-bit, 12-bit）。 采樣率（Sampling Rate）： 每秒采集的樣本數。 轉換精度與綫性度： 影響測量結果的準確性。 輸入範圍與參考電壓： 影響輸齣數字值的映射。 接口類型： 並行、SPI、I2C等。 信號調理電路： 放大器、濾波器、偏置電路等，用於匹配傳感器信號到ADC輸入範圍。 典型應用： 讀取溫度傳感器、光敏傳感器、壓力傳感器、電位器等模擬信號。 DAC (Digital-to-Analog Converter)： 分辨率與輸齣範圍： 決定輸齣模擬信號的精度和幅度。 更新率（Update Rate）： 轉換速度。 接口類型： SPI, I2C等。 典型應用： 輸齣音頻信號、控製電壓、生成波形。 3.4 傳感器與執行器接口 傳感器接口設計： 數字傳感器： 直接連接GPIO、SPI、I2C等。 模擬傳感器： 通過ADC接口連接，需進行信號調理。 特殊接口傳感器： 如IMU（慣性測量單元）可能使用SPI或I2C，但內部包含多個傳感器。 執行器控製設計： 電機驅動： H橋電路、L298N等驅動模塊，PWM控製速度。 繼電器控製： 驅動電路，隔離高壓。 LED控製： 限流電阻、PWM調光。 舵機控製： PWM信號。 3.5 電源與穩壓設計 電源需求分析： 確定整個係統所需的電壓和電流。 綫性穩壓器（LDO）： 簡單、低噪聲，但效率較低。 開關穩壓器（Switching Regulator）： 效率高，但可能産生電磁乾擾（EMI）。 濾波與去耦： 使用電容、電感等組件，抑製電源噪聲，確保信號完整性。 電池管理： 充電、放電、過充/過放保護。 第四章：嵌入式係統通信協議與網絡接入 本章將深入探討嵌入式係統中常見的通信協議，從底層的串行通信到復雜的網絡協議，為您的設備實現互聯互通提供堅實的基礎。我們將重點關注低功耗無綫通信和TCP/IP協議棧的應用。 4.1 低功耗無綫通信技術 藍牙（Bluetooth）與低功耗藍牙（BLE）： BLE協議棧： GATT（Generic Attribute Profile）、GAP（Generic Access Profile）。 廣播（Advertising）與掃描（Scanning）： 設備發現機製。 連接（Connection）： 點對點通信。 應用場景： 可穿戴設備、智能傢居、傳感器網絡。 Wi-Fi（Wireless Fidelity）： 802.11標準： b/g/n/ac/ax。 STA（Station）模式與AP（Access Point）模式： 設備連接網絡或作為熱點。 安全性： WEP, WPA, WPA2, WPA3。 應用場景： 物聯網設備、智能傢電、網絡攝像頭。 Zigbee： IEEE 802.15.4標準： 低功耗、低數據速率的無綫個人區域網絡。 網絡拓撲： 星型、網狀（Mesh）、樹型。 協議棧： Zigbee Alliance定義的標準。 應用場景： 智能傢居（燈光、門鎖、傳感器）、工業監控。 LoRa / LoRaWAN： 長距離低功耗： 專為物聯網設計，覆蓋範圍廣。 LoRaWAN協議： 開放的低功耗廣域網協議。 應用場景： 智慧農業、環境監測、智能抄錶。 NB-IoT / LTE-M： 蜂窩網絡技術： 利用現有運營商網絡。 低功耗廣域網： 適閤連接大量低功耗設備。 應用場景： 智能抄錶、資産追蹤、智慧城市。 4.2 TCP/IP協議棧與網絡接入 TCP/IP模型： 四層模型（應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層）與OSI七層模型的對比。 IP（Internet Protocol）： IP地址、子網掩碼、網關、路由。 MAC（Media Access Control）地址： 硬件地址，用於局域網通信。 TCP（Transmission Control Protocol）： 麵嚮連接（Connection-Oriented）： 可靠的、有序的數據傳輸。 三次握手與四次揮手： 連接建立與關閉過程。 端口（Port）： 區分不同的應用進程。 應用場景： HTTP, FTP, SMTP等。 UDP（User Datagram Protocol）： 無連接（Connectionless）： 不保證數據可靠性，但速度快。 應用場景： DNS, DHCP, 實時音視頻傳輸。 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）： 動態分配IP地址。 DNS（Domain Name System）： 將域名解析為IP地址。 HTTP（Hypertext Transfer Protocol）： Web服務通信協議。 MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）： 發布/訂閱（Publish/Subscribe）模式： 輕量級消息協議。 Broker（代理）： 消息路由中心。 Client（客戶端）： 發布消息或訂閱主題。 應用場景： 物聯網消息通信，低帶寬、高延遲網絡。 CoAP（Constrained Application Protocol）： 麵嚮受限設備： 專為低功耗、低內存的設備設計。 RESTful風格： 與HTTP類似，但更輕量。 應用場景： 智能傢居、傳感器網絡。 4.3 網絡接口硬件集成 以太網接口： PHY（Physical Layer）芯片： 如Realtek RTL8201, Microchip LAN8720等。 MAC層接口： RMII, GMII等。 變壓器（Transformer）： 用於信號隔離和阻抗匹配。 RJ45連接器： 標準以太網接口。 Wi-Fi模塊： 集成SoC： 如ESP32係列。 外置Wi-Fi模塊： 通過SPI, UART等接口連接。 蜂窩模塊： SIM卡槽： 用於插入SIM卡。 天綫接口： 用於連接天綫。 AT命令接口： 通過UART與模塊通信。 4.4 網絡安全基礎 數據加密： TLS/SSL協議。 身份認證： 用戶名/密碼，API密鑰。 訪問控製： 防火牆，權限管理。 固件更新（OTA）： 安全的固件更新機製。 第五章：嵌入式係統調試與測試 高效的調試與測試是確保嵌入式係統質量的關鍵環節。本章將係統性地介紹嵌入式開發中的調試技術、硬件調試工具以及軟件測試方法，幫助您快速定位問題並構建健壯的係統。 5.1 軟件調試技術 打印調試（Print Debugging）： UART打印： 將調試信息通過UART輸齣到PC。 Logcat（Linux/Android）： 係統日誌記錄。 printf()/puts()： C語言常用函數。 優點： 簡單易用，無需額外硬件。 缺點： 容易影響程序實時性，輸齣信息量大時可能混亂。 斷點調試（Breakpoint Debugging）： 利用調試器（Debugger）： JTAG, SWD等接口。 設置斷點： 程序執行到指定位置暫停。 單步執行： 逐條指令執行。 觀察變量： 查看程序運行時變量的值。 內存查看： 檢查內存內容。 堆棧迴溯： 查看函數調用棧。 優點： 能夠精確控製程序執行流程，深入分析問題。 缺點： 需要配閤硬件調試器，可能影響實時性。 邏輯分析儀（Logic Analyzer）： 捕獲數字信號： 實時監測多個I/O信號的時序關係。 分析通信協議： 如UART, SPI, I2C的解碼。 優點： 非侵入式，不受程序執行影響。 缺點： 僅限於數字信號，無法查看內部變量。 示波器（Oscilloscope）： 測量模擬信號與數字信號： 查看信號的波形、電壓、時序。 分析電源噪聲、信號完整性。 優點： 功能強大，可分析各種信號。 缺點： 相對復雜，價格較高。 5.2 硬件調試工具 JTAG (Joint Test Action Group) / SWD (Serial Wire Debug)： 標準調試接口： 用於連接CPU與調試器。 JTAG： 通常使用4個或5個引腳（TCK, TMS, TDI, TDO, TRST）。 SWD： 使用2個引腳（SWDIO, SWCLK），更節省GPIO。 調試器（Debugger）： Segger J-Link, ST-Link, DAPLink等。 串口助手/終端模擬器： PuTTY, SecureCRT, Tera Term等。 電源分析儀： 測量功耗。 5.3 軟件測試方法 單元測試（Unit Testing）： 測試粒度： 單個函數、模塊。 目的： 驗證最小可測試單元的正確性。 測試框架： CppUTest, Unity, Ceedling等。 集成測試（Integration Testing）： 測試粒度： 多個模塊組閤在一起。 目的： 驗證模塊之間的接口和交互。 係統測試（System Testing）： 測試粒度： 整個嵌入式係統。 目的： 驗證係統是否滿足整體需求。 場景測試： 模擬真實使用場景。 壓力測試（Stress Testing）： 測試係統在高負載下的錶現。 穩定性測試（Stability Testing）： 長時間運行，檢查是否齣現內存泄漏、死機等問題。 迴歸測試（Regression Testing）： 目的： 確保修改代碼後，原有功能未被破壞。 硬件在環（Hardware-in-the-Loop, HIL）測試： 將嵌入式係統與仿真環境連接： 模擬外部環境，對係統進行測試。 應用場景： 汽車控製係統、航空航天。 5.4 常見嵌入式調試問題與解決方案 程序卡死/死機： 檢查看門狗（Watchdog Timer）、中斷優先級、死鎖、無限循環。 內存溢齣/內存泄漏： 使用內存分析工具，檢查動態內存分配與釋放。 通信錯誤： 檢查波特率、數據格式、電平標準、綫路連接。 實時性問題： 優化算法，降低中斷延遲，閤理分配任務優先級。 功耗過高： 進入低功耗模式，關閉不必要的外設。 第六章：嵌入式係統固件開發流程與工具鏈 本章將詳細闡述嵌入式係統固件的開發流程，從需求分析到代碼編寫，再到編譯、鏈接、燒錄和調試，為您構建一個清晰而完整的開發路徑。我們將深入介紹主流的開發工具鏈，包括集成開發環境（IDE）、編譯器、鏈接器和調試器。 6.1 嵌入式固件開發流程 1. 需求分析與規格定義： 明確係統功能、性能指標、功耗要求、接口需求、可靠性目標等。 製定詳細的技術規範。 2. 硬件平颱選型與確認： 基於需求選擇閤適的MCU/MPU、外圍芯片。 確認開發闆或原理圖設計。 3. 軟件架構設計： 設計模塊劃分、任務管理（RTOS）、驅動程序結構。 考慮可移植性和可維護性。 4. 代碼編寫： 使用C/C++等語言進行編程。 遵循編碼規範，編寫清晰、模塊化的代碼。 實現硬件抽象層（HAL），提高代碼可移植性。 5. 編譯與鏈接： 使用交叉編譯工具鏈將源代碼轉換為可執行文件。 鏈接器負責將編譯後的目標文件和庫文件閤並，生成最終的固件鏡像。 6. 燒錄（Programming/Flashing）： 將生成的固件鏡像寫入目標設備的存儲器（Flash）。 常用燒錄工具：JTAG/SWD調試器、ISP（In-System Programming）接口、USB Bootloader。 7. 調試（Debugging）： 使用調試器、邏輯分析儀等工具，運行程序並檢查其行為。 定位並修復軟件bug。 8. 測試（Testing）： 進行單元測試、集成測試、係統測試。 驗證係統是否滿足所有需求。 9. 優化（Optimization）： 對代碼進行性能優化（速度、內存占用）。 對功耗進行優化。 10. 文檔編寫： 編寫技術文檔、用戶手冊、API文檔。 6.2 主流嵌入式開發工具鏈 集成開發環境（IDE）： Eclipse CDT + GCC Toolchain： 經典的開源選擇，功能強大，可擴展性強。 Keil MDK-ARM： 專為ARM Cortex-M係列設計的專業IDE，集成度高，調試功能強大。 IAR Embedded Workbench： 另一款優秀的商業IDE，支持多種架構，代碼優化能力強。 VS Code + PlatformIO/CMake： 靈活的開源編輯器，配閤插件或構建係統可構建強大的嵌入式開發環境。 廠商提供的IDE： 如STMicroelectronics的STM32CubeIDE，NXP的MCUXpresso IDE。 編譯器（Compiler）： GCC (GNU Compiler Collection)： 開源，支持多種架構，是許多嵌入式Linux和RTOS開發的首選。 Clang： 另一個優秀的開源編譯器，與LLVM集成。 ARM Compiler (ARM C/C++ Compiler)： Keil MDK和IAR Embedded Workbench中使用的商業編譯器，通常具有優秀的優化能力。 鏈接器（Linker）： GNU ld (Linker)： 通常與GCC一起使用。 ICL (IAR Linker)： IAR Embedded Workbench中的鏈接器。 鏈接腳本（Linker Script）： 控製程序在內存中的布局，定義代碼段、數據段、堆棧等的位置。 調試器（Debugger）： GDB (GNU Debugger)： 開源，是GCC工具鏈的標準調試器。 JTAG/SWD調試器硬件： Segger J-Link： 廣泛使用，性能優越。 ST-Link： STMicroelectronics官方的調試器。 DAPLink： ARM推齣的開源調試器。 CMSIS-DAP： ARM Cortex-M的通用調試接口。 6.3 實時操作係統（RTOS） RTOS的作用： 為嵌入式係統提供多任務管理、任務調度、同步機製（信號量、互斥鎖）、消息隊列、定時器等服務。 主流RTOS： FreeRTOS： 開源，廣泛使用，社區支持良好。 RT-Thread： 國産開源RTOS，功能豐富，生態完善。 Zephyr OS： Linux基金會支持的開源RTOS，專為物聯網設計。 μC/OS (Micrium)： 商業RTOS，穩定性高，常用於工業和醫療領域。 Azure RTOS (ThreadX)： 微軟收購的RTOS，在Azure IoT平颱上有廣泛應用。 RTOS選型考慮因素： 資源占用： 內存、Flash占用。 功能特性： 是否滿足項目需求（多任務、IPC、網絡棧等）。 實時性： 任務切換時間、中斷延遲。 許可證： 開源或商業。 文檔與支持： 社區活躍度、廠商支持。 6.4 構建係統與腳本 Makefile： 傳統的構建工具，使用文本文件定義編譯規則。 CMake： 跨平颱的構建係統生成器，使用CMakeLists.txt文件定義構建過程。 PlatformIO： 嵌入式開發平颱，集成IDE、構建係統、庫管理器，支持多種MCU和框架。 腳本語言（Shell, Python）： 用於自動化構建、燒錄、測試等流程。 6.5 固件鏡像格式 ELF (Executable and Linkable Format)： 編譯鏈接後的中間格式，包含可執行代碼、符號錶等信息。 SREC (Motorola S-Record)： 文本格式，常用於存儲器編程。 Intel HEX： 另一種文本格式，用於存儲器編程。 Binary (.bin)： 原始的二進製數據流，直接映射到存儲器。 第七章：嵌入式係統可靠性與安全設計 在本章中，我們將深入探討嵌入式係統的可靠性與安全設計，這是確保係統穩定運行和數據安全的關鍵。我們將從硬件故障的預防和容錯，到軟件的健壯性設計，再到網絡通信的加密與認證，為您構建安全可靠的嵌入式係統提供全麵的指導。 7.1 硬件可靠性設計 元器件選型與質量控製： 選擇符閤工業級、車規級標準的元器件。 瞭解元器件的MTBF（平均無故障時間）。 進行嚴格的供應商評估和來料檢驗。 電路設計與防護： 電源冗餘與備份： 避免單點故障。 防靜電（ESD）設計： 保護敏感元器件。 抗乾擾（EMI/EMC）設計： 屏蔽、濾波、走綫優化。 過壓、過流保護： 使用TVS二極管、保險絲、限流電阻。 溫度管理： 散熱設計，避免過熱導緻性能下降或損壞。 看門狗（Watchdog Timer, WDT）： 作用： 在係統軟件發生死鎖或凍結時，通過硬件復位係統。 窗口看門狗： 提供瞭更精細的控製。 內存校驗與ECC（Error Correction Code）： 校驗和（Checksum）、CRC（Cyclic Redundancy Check）： 用於檢測數據錯誤。 ECC： 能夠檢測並糾正內存中的單比特錯誤。 固件備份與恢復： 設計能夠從備份固件啓動的機製。 7.2 軟件可靠性設計 健壯性編程： 錯誤處理： 對所有可能的錯誤情況進行預判和處理。 輸入校驗： 驗證所有外部輸入數據。 資源管理： 有效管理內存、文件句柄等資源，避免耗盡。 異常處理： 使用try-catch機製（如果語言支持）或斷言。 實時性保證： 優先級繼承（Priority Inheritance）與優先級天花闆（Priority Ceiling）： 解決優先級反轉問題。 避免死鎖（Deadlock）與活鎖（Livelock）： 閤理設計同步機製。 任務調度策略： 選擇適閤的調度算法。 代碼審查（Code Review）： 多名開發者共同審查代碼，發現潛在問題。 靜態代碼分析： 使用工具（如PC-Lint, Cppcheck）自動檢查代碼中的潛在錯誤模式。 軟件容錯： 冗餘設計： 關鍵功能可以有備用實現。 故障隔離： 將故障限製在局部範圍內，不影響整個係統。 日誌記錄（Logging）： 詳細記錄係統運行狀態、錯誤信息，方便問題追溯。 考慮日誌的級彆和存儲方式。 7.3 嵌入式係統安全基礎 數據加密： 對稱加密（AES）： 速度快，適用於大數據量加密。 非對稱加密（RSA）： 適用於密鑰交換和數字簽名。 哈希函數（SHA-256）： 用於數據完整性校驗。 身份認證： 密碼認證： 用戶名/密碼。 數字證書： 基於公鑰基礎設施（PKI）的認證。 API密鑰： 用於服務間的認證。 訪問控製： 最小權限原則： 隻賦予必要的權限。 角色基礎訪問控製（RBAC）。 安全啓動（Secure Boot）： 確保設備啓動時加載的是經過驗證的、未被篡改的固件。 使用加密簽名驗證固件。 固件更新（Over-The-Air, OTA）安全： 加密簽名驗證： 確保更新包的來源和完整性。 迴滾保護： 防止惡意降級到已知漏洞的版本。 數據保護： 敏感數據加密存儲。 防止側信道攻擊（Side-Channel Attacks）。 安全通信： TLS/SSL： 加密網絡通信。 DTLS： TLS在UDP上的應用。 安全審計： 記錄安全相關的事件，以便事後分析。 7.4 嵌入式安全威脅與應對 物理攻擊： 調試接口的濫用、存儲器讀寫。 應對： 禁用不必要的調試接口，固件加密，物理安全措施。 軟件攻擊： 緩衝區溢齣、SQL注入（如果使用數據庫）、惡意代碼注入。 應對： 健壯性編程，輸入校驗，內存安全檢查。 網絡攻擊： DDoS攻擊、數據竊取、中間人攻擊。 應對： 安全通信協議，訪問控製，防火牆。 固件篡改： 應對： 安全啓動，固件簽名驗證。 第八章：嵌入式係統開發中的實踐技巧與經驗分享 本章將超越理論，分享一些在嵌入式係統開發過程中積纍的實用技巧和寶貴經驗。我們將探討如何優化開發效率，如何處理常見的開發挑戰，以及如何培養良好的開發習慣，幫助您成為一名更高效、更專業的嵌入式工程師。 8.1 提高開發效率的技巧 利用好開發闆與參考設計： 快速原型驗證，理解硬件特性。 學習廠商提供的示例代碼和應用筆記。 掌握版本控製係統（Git）： 分支管理： feature分支、develop分支、master分支。 提交規範： 清晰的提交信息，方便追溯。 代碼閤並與衝突解決。 模塊化與抽象設計： 硬件抽象層（HAL）： 屏蔽底層硬件差異，提高代碼可移植性。 驅動程序封裝： 將特定硬件的控製邏輯封裝起來。 API設計： 清晰、易用的接口，隱藏實現細節。 代碼重用與庫管理： 構建可復用的代碼庫。 利用社區或廠商提供的成熟庫。 自動化構建與測試： 編寫Makefile或CMakeLists.txt，實現一鍵構建。 集成CI/CD（持續集成/持續部署）流程，自動化測試和部署。 善用調試工具： 熟練掌握IDE的調試功能，包括斷點、單步、變量觀察。 閤理使用邏輯分析儀和示波器，分析硬件行為。 文檔的重要性： 及時記錄設計思路、接口定義、關鍵實現。 編寫清晰的注釋，方便他人理解。 8.2 處理常見開發挑戰 內存受限下的優化： 選擇更小的RTOS內核。 優化數據結構，減少內存占用。 使用查找錶（Lookup Table）代替復雜的計算。 動態內存分配的謹慎使用。 功耗優化： 利用MCU的低功耗模式： Sleep, Deep Sleep。 按需驅動外設，不使用的外設及時關閉。 優化算法，減少CPU運行時間。 選擇低功耗元器件。 實時性保證： 理解中斷優先級和任務優先級。 避免在中斷服務程序（ISR）中執行耗時操作。 使用RTOS的調度機製，確保高優先級任務得到及時響應。 跨平颱開發： 編寫可移植性好的代碼，避免依賴特定硬件。 使用宏定義處理平颱差異。 調試遠程設備： 遠程調試接口（如SSH、Websocket）。 日誌遠程收集。 OTA固件更新與調試。 8.3 良好的開發習慣 編碼規範： 統一的代碼風格，提高可讀性。 持續學習： 關注新技術、新工具、新架構。 代碼復審： 積極參與和接受代碼復審。 溝通與協作： 與團隊成員保持良好的溝通。 記錄與總結： 定期總結項目經驗和教訓。 理論與實踐結閤： 不斷將學到的知識應用於實際項目中。 8.4 嵌入式工程師的職業發展 深入理解底層： 熟悉CPU架構、內存管理、中斷機製。 精通至少一種開發語言： C/C++是基礎。 掌握至少一種RTOS。 瞭解網絡通信協議。 具備良好的硬件知識。 關注安全性和可靠性。 培養解決問題的能力。 第九章：嵌入式係統前沿技術與發展趨勢 本章將展望嵌入式係統領域的未來，探討人工智能、邊緣計算、物聯網安全等前沿技術的發展趨勢，幫助讀者把握行業脈搏，為未來的技術發展做好準備。 9.1 人工智能在嵌入式係統中的應用（AIoT） 邊緣AI（Edge AI）： 在設備端進行AI推理： 減少對雲端的依賴，提高響應速度，保護數據隱私。 硬件加速： GPU、NPU（Neural Processing Unit）、TPU（Tensor Processing Unit）在嵌入式芯片中的集成。 模型量化與優化： 適應嵌入式設備的計算和內存限製。 常見的邊緣AI應用： 計算機視覺： 目標檢測、人臉識彆、圖像分類。 語音識彆與處理： 智能助手、語音命令。 預測性維護： 通過傳感器數據預測設備故障。 智能推薦： 在設備端提供個性化服務。 AI開發框架與工具： TensorFlow Lite, PyTorch Mobile, ONNX Runtime。 9.2 邊緣計算（Edge Computing） 概念： 將計算能力推嚮網絡邊緣，靠近數據源。 與雲計算的關係： 互補而非替代。 優勢： 降低延遲，減少帶寬消耗，提高數據安全性。 在嵌入式係統中的體現： 智能網關、分布式傳感器網絡。 9.3 物聯網（IoT）安全的發展 零信任安全模型（Zero Trust）： 默認不信任任何設備或用戶，每次訪問都需要驗證。 區塊鏈在IoT安全中的應用： 分布式賬本，確保數據不可篡改。 聯邦學習（Federated Learning）： 在不共享原始數據的情況下，訓練AI模型。 安全硬件模塊（Secure Element, SE）/可信執行環境（Trusted Execution Environment, TEE）： 提供硬件級彆的安全保障。 9.4 實時操作係統（RTOS）的演進 雲原生RTOS： 更好地與雲平颱集成，支持遠程管理和OTA更新。 麵嚮AI的RTOS： 優化AI推理的性能和資源調度。 更輕量級的RTOS： 滿足超低功耗和資源受限設備的需要。 9.5 新型嵌入式硬件架構 RISC-V架構的普及： 開源指令集帶來的靈活性和定製化。 異構計算（Heterogeneous Computing）： 將CPU、GPU、DSP、AI加速器等集成到單一SoC中，協同工作。 存內計算（In-Memory Computing）： 將計算單元集成到內存中，減少數據搬運。 9.6 嵌入式係統與5G/6G通信 低延遲、高帶寬： 為實時性要求極高的嵌入式應用提供支持。 海量連接： 支撐大規模物聯網設備的接入。 邊緣智能的協同： 5G網絡將邊緣計算和雲端智能更緊密地結閤。 9.7 行業應用趨勢 工業4.0與智能製造： 工業物聯網（IIoT）、預測性維護、機器人自動化。 智能交通： 自動駕駛、車聯網（V2X）。 智慧城市： 智能電網、智能安防、環境監測。 醫療健康： 可穿戴醫療設備、遠程醫療。 消費電子： 智能傢居、AR/VR設備。 結語： 嵌入式係統領域正以前所未有的速度發展，不斷湧現的新技術和新應用為工程師們帶來瞭無限機遇。掌握核心原理，緊跟技術前沿，並保持持續學習的態度，將是應對未來挑戰的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

這本書我纔剛拿到手，還沒來得及深入閱讀，但從目錄和前言來看，它似乎涵蓋瞭嵌入式係統開發中非常基礎但又至關重要的方麵。我一直對微控製器的工作原理、存儲器組織以及它們如何與外設交互感到好奇，而這本書的章節標題，例如“微控製器架構概述”和“存儲器接口設計”，讓我對能夠獲得這些深入的解釋充滿瞭期待。我尤其希望它能詳細講解不同類型的存儲器，比如SRAM、DRAM和Flash，以及它們在嵌入式係統中的應用場景和設計考量。此外，關於時鍾和復位電路的設計，這些看似簡單卻影響著係統穩定性的關鍵部分，也是我特彆想深入瞭解的內容。希望書中能提供一些實用的設計技巧和注意事項，幫助我避免一些常見的陷阱。畢竟，對於新手來說，理解這些底層細節是構建可靠嵌入式係統的基石。我對書中關於信號完整性和電源完整性的介紹也非常感興趣，因為在高速數字電路設計中，這兩個方麵往往是性能瓶頸和穩定性問題的根源。我希望它能解釋清楚為什麼這些問題很重要，以及在實際設計中如何進行分析和優化。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖給我留下瞭不錯的印象，看上去內容應該比較豐富。我之前在項目開發中遇到過一些硬件設計上的挑戰，比如PCB布局布綫的一些規範，以及如何處理EMC/EMI問題，但一直沒有找到一本係統性的書籍來解決這些睏惑。我希望這本書能在這方麵提供一些深入的指導，例如關於電源去耦電容的放置位置和數量，高速信號綫如何處理，以及接地策略等。另外，我非常關心書中關於FPGA在嵌入式係統中的應用，作為一種高度可配置的硬件平颱，FPGA在許多高性能嵌入式應用中扮演著重要角色。我希望這本書能介紹FPGA的基本原理，以及如何利用它來實現自定義硬件加速器或者接口。我對書中關於嵌入式係統軟件與硬件的協同設計部分也抱有很大期望，因為軟硬件的良好配閤是實現係統性能和穩定性的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在學校進行嵌入式係統研究的學生，我一直在尋找一本能夠幫助我深入理解硬件原理的書籍，而不是僅僅停留在代碼層麵。這本書的書名《嵌入式硬件設計（第2版）》吸引瞭我，因為它錶明它會從硬件的角度來剖析嵌入式係統。我特彆想知道書中是否會詳細介紹不同類型的微控製器/微處理器架構，比如ARM、MIPS等，以及它們在指令集、流水綫、緩存等方麵的主要區彆和設計理念。這對於我選擇閤適的處理器進行項目開發非常有指導意義。另外，關於硬件調試技術，例如使用邏輯分析儀、示波器等工具進行信號捕獲和分析，也是我非常感興趣的內容。希望書中能提供一些實際案例，演示如何利用這些工具來定位和解決硬件設計中的問題。我對書中關於嵌入式係統安全性設計的介紹也充滿好奇，這在當今越來越重視信息安全的時代，是一個非常重要的議題。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和紙張質量都相當不錯，拿在手裏很有分量感。我是一名有幾年經驗的嵌入式工程師，之前主要接觸的是特定領域的應用開發，對硬件層麵的理解還停留在應用筆記和參考手冊的層麵，這次購買這本書，是希望能夠係統地梳理一下硬件設計的知識體係，尤其是針對一些通用的硬件設計原則和方法。從目錄來看，它似乎會涉及一些數字邏輯設計的基礎，比如時序邏輯、狀態機等，這對於理解微處理器的工作方式很有幫助。另外，我對書中關於總綫接口和通信協議的設計部分尤為關注，比如SPI、I2C、UART等，這些都是嵌入式係統中不可或缺的通信方式，希望書中能提供清晰的原理講解和實際的接口設計指南，甚至包含一些常用的總綫拓撲和信號時序的注意事項。我對模擬電路部分也抱有很大期望，雖然我的工作偏嚮數字，但理解一些基本的模擬信號處理，比如ADC/DAC的選型和接口設計，對於完整的嵌入式係統設計來說是必不可少的。

評分☆☆☆☆☆

這本書我之所以購買，是因為我是一名初學者，對嵌入式硬件設計這個領域感到非常陌生，但又非常渴望入門。從初步翻閱來看，這本書的語言風格應該比較易於理解，並沒有使用過於晦澀的專業術語，這讓我感到安心。我尤其希望它能從最基礎的概念講起，比如什麼是嵌入式係統，它和通用計算機有什麼區彆，以及嵌入式係統通常包含哪些核心組件。然後，我希望能詳細瞭解一些常用的微控製器，比如AVR、STM32等，以及它們的基本工作原理和開發流程。關於電路基礎知識，比如電阻、電容、電感的作用，以及如何進行基本的電路分析，我也希望能有所學習。此外，書中關於傳感器和執行器的介紹，這些都是嵌入式係統與外界交互的“觸角”，我希望它能提供一些選型和接口設計的指導，讓我明白如何將這些外圍設備集成到係統中。

評分☆☆☆☆☆

很值得擁有

評分☆☆☆☆☆

在看，希望有幫助

評分☆☆☆☆☆

嵌入式硬件設計（第2版）嵌入式硬件設計（第2版）

評分☆☆☆☆☆

活動購買 屯起來 以後慢慢看

評分☆☆☆☆☆

不錯

評分☆☆☆☆☆

在書店看上瞭這本書一直想買可惜太貴又不打摺，迴傢決定上京東看看，果然有摺扣。毫不猶豫的買下瞭，京東速度果然非常快的，從配貨到送貨也很具體，快遞非常好，很快收到書瞭。書的包裝非常好，沒有拆開過，非常新，可以說無論自己閱讀傢人閱讀，收藏還是送人都特彆有麵子的說，特彆精美；各種十分美好雖然看著書本看著相對簡單，但也不遑多讓，塑封都很完整封麵和封底的設計、繪圖都十分好畫讓我覺得十分細膩具有收藏價值。書的封套非常精緻推薦大傢購買。 打開書本，書裝幀精美，紙張很乾淨，文字排版看起來非常舒服非常的驚喜，讓人看得欲罷不能，每每捧起這本書的時候 似乎能夠感覺到作者毫無保留的把作品呈現在我麵前。 作業深入淺齣的寫作手法能讓本人猶如身臨其境一般，好似一杯美式咖啡，看似快餐，其實值得迴味 無論男女老少，第一印象最重要。”從你留給彆人的第一印象中，就可以讓彆人看齣你是什麼樣的人。所以多讀書可以讓人感覺你知書答禮，頗有風度。 多讀書，可以讓你多增加一些課外知識。培根先生說過：“知識就是力量。”不錯，多讀書，增長瞭課外知識，可以讓你感到渾身充滿瞭一股力量。這種力量可以激勵著你不斷地前進，不斷地成長。從書中，你往往可以發現自己身上的不足之處，使你不斷地改正錯誤，擺正自己前進的方嚮。所以，書也是我們的良師益友。 多讀書，可以讓你變聰明，變得有智慧去戰勝對手。書讓你變得更聰明，你就可以勇敢地麵對睏難。讓你用自己的方法來解決這個問題。這樣，你又嚮你自己的人生道路上邁齣瞭一步。 多讀書，也能使你的心情便得快樂。讀書也是一種休閑，一種娛樂的方式。讀書可以調節身體的血管流動，使你身心健康。所以在書的海洋裏遨遊也是一種無限快樂的事情。用讀書來為自己放鬆心情也是一種十分明智的。 讀書能陶冶人的情操，給人知識和智慧。所以，我們應該多讀書，為我們以後的人生道路打下好的、紮實的基礎！讀書養性，讀書可以陶冶自己的性情，使自己溫文爾雅，具有書捲氣；讀書破萬捲，下筆如有神，多讀書可以提高寫作能力，寫文章就纔思敏捷；舊書不厭百迴讀，熟讀深思子自知，讀書可以提高理解能力，隻要熟讀深思，你就可以知道其中的道理瞭；讀書可以使自己的知識得到積纍，君子學以聚之。總之，愛好讀書是好事。讓我們都來讀書吧。 其實讀書有很多好處,就等有心人去慢慢發現. 最大的好處是可以讓你有屬於自己的本領靠自己生存。 最後在好評一下京東客服服務態度好，送貨相當快,包裝仔細！這個也值得贊美下 希望京東這樣保持下去

評分☆☆☆☆☆

狗屁京東快遞！明明說上午能到，sb快遞員晚上纔送到手，是不是有病？？？

評分☆☆☆☆☆

專業學習配備，公司訂裝使用！！！！

評分☆☆☆☆☆

開捲有益，京東給力，紅紅火火恍恍惚惚紅紅火火恍恍惚惚