深入淺齣Android開發 第三版 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Dawn Griffiths

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《嵌入式係統設計與實踐：基於ARM Cortex-M微控製器》 簡介 在當今快速發展的電子工程領域，嵌入式係統扮演著至關重要的角色，它們無處不在，從智能傢電到工業自動化，再到醫療設備和物聯網（IoT）終端。理解嵌入式係統的底層原理、硬件接口、實時操作係統（RTOS）以及軟件開發流程，是構建高性能、高可靠性係統的關鍵。本書《嵌入式係統設計與實踐：基於ARM Cortex-M微控製器》正是為滿足這一需求而精心編寫的，它不僅係統地介紹瞭嵌入式係統的核心概念，更側重於動手實踐，以業界主流的ARM Cortex-M係列微控製器作為核心平颱進行深入講解和代碼演示。 本書的設計理念是將理論深度與工程實踐緊密結閤，旨在幫助讀者（無論是初學者還是有一定經驗的工程師）快速、紮實地掌握現代嵌入式係統開發的精髓。我們選擇瞭ARM Cortex-M架構，因為它代錶瞭當前低功耗、高性能微控製器的主流方嚮，被廣泛應用於各種消費電子和工業控製産品中。 第一部分：嵌入式係統基礎與ARM Cortex-M架構 本部分為後續深入學習奠定堅實的基礎。首先，我們將詳細闡述嵌入式係統的定義、特點、組成部分以及其在不同領域中的應用。重點將放在係統級的思考方式，而非僅僅關注單一的芯片或軟件模塊。 隨後，我們將深入剖析ARM Cortex-M架構的精髓。這包括對M0/M3/M4/M7內核的傢族特性對比、流水綫結構、特權級彆（如綫程模式與處理模式）、異常模型（中斷和係統調用）的全麵解析。讀者將學習如何閱讀和理解數據手冊（Datasheet）和參考手冊（Reference Manual），這些是嵌入式工程師的必備技能。我們將詳述存儲器映射、總綫結構（如AHB/APB）以及關鍵的係統控製模塊（如時鍾樹、電源管理、復位機製）的配置方法。 第二部分：硬件接口與底層驅動開發 理解如何與外部世界進行交互是嵌入式係統的核心能力。本部分將覆蓋最常用和最關鍵的硬件接口技術，並提供基於C語言和寄存器（或HAL庫）的驅動開發實例。 GPIO與中斷： 詳細介紹通用輸入輸齣端口的配置，包括輸入/輸齣模式、上拉/下拉電阻、開漏/推挽輸齣的差異。重點講解外部中斷和事件控製器（EXTI）的配置，如何實現高效的事件驅動編程。 定時器與PWM： 深入探討通用定時器、基礎定時器和高級定時器的內部結構，包括計數模式、預分頻、自動重載寄存器（ARR）的設置。我們將用實際例子演示如何實現精確的延時、脈衝寬度調製（PWM）用於電機控製或LED調光。 串行通信協議棧： 詳盡講解UART/USART（異步串行通信）、SPI（高速同步串行通信）和I2C（兩綫製總綫協議）的工作原理、時序圖和主/從模式配置。每種協議都將配有硬件初始化代碼和數據收發示例。 模數轉換（ADC）與數模轉換（DAC）： 分析ADC的采樣理論、轉換模式（單次、連續、掃描模式）以及DMA在ADC數據采集中的高效應用。DAC的輸齣波形生成也將被涵蓋。 第三部分：內存管理、啓動與固件升級 高效且安全的內存管理是復雜嵌入式應用穩定運行的保障。本部分將聚焦於啓動過程和存儲介質的使用。 啓動流程分析： 從上電復位（POR）開始，解析微控製器的啓動序列：初始化堆棧指針（SP）、嚮量錶重定位、係統初始化代碼（SystemInit）的執行。我們將解釋啓動文件（Startup Code）和鏈接腳本（Linker Script）的作用，並展示如何根據應用需求自定義內存布局。 Flash與EEPROM操作： 講解非易失性存儲器的讀寫機製、擦除扇區/頁的限製以及編程過程中的注意事項。特彆關注如何安全地實現數據的持久化存儲和配置參數的備份。 固件空中升級（OTA）基礎： 介紹實現安全、可靠的固件升級策略，包括雙備份分區（Bootloader/Application）的設計思路，以及如何通過通信接口（如UART或CAN）接收新固件鏡像並進行校驗和刷寫。 第四部分：實時操作係統（RTOS）實踐 在現代嵌入式係統中，管理並發任務、保證係統響應性，RTOS是不可或缺的工具。本部分將基於FreeRTOS或同類主流RTOS進行講解。 RTOS核心概念： 深入理解任務（Task）、調度器（Scheduler，包括搶占式與協作式）、上下文切換的機製。 任務管理與同步： 教授如何創建、刪除任務，並使用信號量（Semaphore）、互斥鎖（Mutex）來解決競態條件和共享資源訪問問題。 進程間通信（IPC）： 詳細介紹消息隊列（Message Queue）和事件組（Event Group）在多任務通信中的應用，確保數據流的清晰和安全。 RTOS性能調優： 講解棧溢齣檢測、係統鈎子函數（Hooks）的使用，以及如何通過分析RTOS的運行狀態來優化係統的實時性能和資源占用。 第五部分：調試、測試與工程化實踐 代碼的正確性不僅在於編寫，更在於有效的驗證和調試。本部分側重於工程實踐的規範和工具鏈的使用。 JTAG/SWD調試技術： 詳細介紹使用硬件調試器（如ST-Link, J-Link）進行斷點設置、單步執行、寄存器和內存查看的技巧。理解CoreSight架構在調試中的作用。 串行端口（UART）調試： 介紹如何利用printf重定嚮實現輕量級的運行時信息輸齣，並結閤調試視圖進行變量追蹤。 單元測試與集成測試： 探討在嵌入式環境中進行代碼單元測試（Mocking/Stubbing）的挑戰與解決方案，以及如何搭建簡單的集成測試平颱來驗證驅動層的功能。 低功耗設計： 講解Cortex-M內核的休眠模式（Sleep Mode, Deep Sleep, Standby），如何配置時鍾門控和喚醒源，以實現極低的待機功耗，這是電池供電設備設計的核心。 本書的每一個章節都配備瞭大量來自真實項目經驗的代碼示例，這些代碼基於成熟的開發闆平颱，確保讀者可以立即上手編譯、下載並觀察結果。通過對理論的透徹解析和對工程實踐的細緻指導，本書緻力於培養具備獨立設計、開發和調試復雜嵌入式係統的工程師。閱讀完本書，讀者將能夠自信地駕馭基於ARM Cortex-M的微控製器，並將其應用到從消費電子到專業工業控製的廣泛場景中。