Arduino實作入門與專題應用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陳明熒

圖書標籤:

• Arduino
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• 自動化
• 物聯網

好的，這是一本關於嵌入式係統設計與物聯網（IoT）應用開發的專業技術書籍的簡介，內容聚焦於現代電子工程和編程實踐的交叉領域，完全不涉及Arduino平颱。 --- 《STM32微控製器高級編程與嵌入式Linux驅動開發實戰》 書籍簡介 本書深度聚焦於高性能嵌入式係統的核心技術——基於ARM Cortex-M係列微控製器（尤其是STM32係列）的底層驅動開發，並無縫銜接至基於ARM Cortex-A架構（如樹莓派、Jetson Nano）的嵌入式Linux操作係統下的應用與驅動層麵的構建。全書旨在為具備一定C/C++基礎的電子工程師、軟件開發者和高階電子愛好者，提供一套從硬件初始化到復雜係統集成的完整、實戰導嚮的學習路徑。 第一部分：STM32高性能微控製器深度解析與裸機編程（Cortex-M係列） 本部分將徹底剖析STMicroelectronics的STM32係列微控製器架構，從寄存器級彆深入理解其工作原理，徹底擺脫對高級HAL庫的依賴，培養直接操作硬件的能力。 章節要點概覽： 1. Cortex-M內核與啓動流程： 詳細解析Cortex-M3/M4內核的流水綫、寄存器集、堆棧管理（MSP/PSP）以及啓動代碼（Startup Code）的匯編級執行流程。重點講解啓動文件的定製與鏈接腳本（Linker Script, `.ld`文件）的編寫，確保程序正確映射到內部Flash和SRAM。 2. 時鍾樹與電源管理精細控製： 深入講解RCC（Reset and Clock Control）模塊，包括HSE/HSI/PLL的配置，如何實現跨頻域的穩定時鍾分配。探討低功耗模式（Stop, Standby, Shutdown）的精確進入與喚醒機製，適用於電池供電設備的能效優化。 3. 高級定時器與實時控製： 重點講解通用定時器（TIMx）的高級功能，如互補PWM輸齣、死區生成、編碼器接口模式。此外，還將詳述SysTick和基本定時器的中斷優先級與嵌套配置，為實時操作係統（RTOS）的調度打下堅實基礎。 4. DMA控製器深度應用： 講解DMA（Direct Memory Access）的原理，包括固定優先級、循環模式、中斷通知等。通過實戰案例，如高速ADC數據采集、外設間數據搬運（如UART到RAM，或RAM到SPI），實現零CPU乾預下的數據流傳輸。 5. 復雜外設驅動的零依賴實現： 針對SPI、I2C、CAN等通信協議，不再使用標準庫，而是基於數據手冊（Datasheet）和參考手冊（Reference Manual），手動配置寄存器來完成初始化、發送和接收流程，增強對總綫時序的理解。 6. USB Device與主機模式的驅動實現： 詳細闡述STM32的USB OTG FS/HS模塊，從端點（Endpoint）的描述符配置、FIFO管理到中斷處理，實現自定義的CDC（虛擬串口）或HID設備驅動。 --- 第二部分：實時操作係統（RTOS）與並發編程實踐（FreeRTOS/RT-Thread） 本部分將係統地介紹嵌入式實時操作係統的核心概念，並以業界主流的FreeRTOS為例，展示如何構建多任務、高可靠性的嵌入式應用。 章節要點概覽： 1. RTOS核心概念與任務管理： 深入理解任務（Task）、上下文切換、任務控製塊（TCB）、以及就緒列錶和阻塞列錶的運作機製。 2. 時間管理與同步機製： 詳細講解信號量（Semaphore）、互斥鎖（Mutex）的正確使用場景，以及消息隊列（Message Queue）在任務間安全通信中的作用，重點分析死鎖（Deadlock）的識彆與預防。 3. 內存管理與堆棧溢齣檢測： 分析RTOS提供的內存池（Memory Pool）機製，以及如何配置和使用Heap Management Scheme（如`heap_4.c`），並實現任務堆棧使用率的動態監測。 4. 中斷服務程序（ISR）與RTOS的交互： 規範ISR的設計，確保其盡可能短小，並將耗時操作通過中斷安全的方式（如使用FromISR API）通知上層任務處理。 5. 移植與優化： 講解如何為自定義的STM32硬件平颱正確地移植和配置RTOS內核，包括Tick的生成和PendSV中斷的配置。 --- 第三部分：嵌入式Linux應用開發與驅動層基礎（Cortex-A架構銜接） 本部分將視角提升至運行完整操作係統的嵌入式平颱，講解如何在Linux環境下進行係統級編程和底層硬件交互。 章節要點概覽： 1. 嵌入式Linux係統結構與啓動流程： 解析U-Boot、Kernel、RootFS的基本組成，理解從硬件復位到用戶空間啓動的完整鏈條。 2. 用戶空間（User Space）高效編程： 掌握Linux下的係統調用（`open`, `read`, `write`, `ioctl`），並使用內存映射（mmap）技術實現用戶空間對物理內存區域的高速訪問。 3. 內核空間基礎：字符設備驅動（Character Device Drivers）： 詳細介紹Linux設備模型，從模塊的加載/卸載開始，編寫第一個經典的“Hello World”字符設備驅動。重點講解`cdev`結構體、文件操作結構體（`file_operations`）的實現。 4. Linux下I/O控製（ioctl）的實現： 學習如何設計和實現自定義的`ioctl`命令，實現用戶程序與內核驅動之間的復雜控製和數據交換。 5. 中斷處理與上下文切換： 講解內核驅動中請求（Request）和釋放（Free）中斷資源的方法，以及內核中禁止搶占（Preemption）的機製，確保驅動程序的正確性和穩定性。 6. 設備樹（Device Tree）基礎： 理解DTB（Device Tree Blob）的作用，學習如何閱讀和編寫`.dts`文件來描述SoC外部的硬件資源（如I2C總綫上的傳感器地址、GPIO的復用配置），這是現代嵌入式Linux係統硬件初始化的標準範式。 --- 目標讀者： 電子工程、自動化、計算機科學相關專業的學生和研究人員。 希望從“使用”庫升級到“編寫”庫的固件工程師。 需要掌握底層硬件控製和操作係統交互的係統級開發者。 本書特色： 本書摒棄瞭大量簡單的“點燈”示例，所有代碼均基於官方參考手冊和底層寄存器操作，提供一套從零開始構建工業級嵌入式軟件棧的方法論，確保讀者不僅知道“如何做”，更能理解“為何要這樣做”。覆蓋瞭從裸機硬核編程到復雜Linux驅動開發的完整技術棧，是邁嚮高級嵌入式架構師的必備參考書。