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刘修文阮永华陈铿俞建... 编

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店铺： 木垛图书旗舰店

出版社： 中国电力

ISBN：9787519814670

商品编码：29707621927

开本：16

出版时间：2018-01-01

基本信息

• 商品名称：智能硬件开发入门
• 作者：编者:刘修文//阮永华//陈铿//俞建
• 定价：49
• 出版社：中国电力
• ISBN号：9787519814670

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2018-01-01
• 印刷时间：2018-01-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：平装
• 页数：199
• 字数：340千字

内容提要

智能硬件是指新的信息技术和传统硬件设备相结 合，具备联网通信能力、人机交互能力、软件处理能 力的硬件设备。智能硬件的兴起将促使中国经济从“ 中国制造”向“中国创造”转变。本书是一本介绍智 能硬件开发的科普性读物，全书共分6章，第1章智能 硬件无处不有——初识智能硬件，第2章智能硬件的 控制——嵌入式处理器的应用，第3章智能硬件的感 知——传感器的应用，第4章智能硬件的互连——物 联网(IOT)的应用，第5章智能硬件开发的工具——云 平台应用，第5章智能硬件的开发与案例。
     刘修文、阮永华、陈铿、俞建编著的这本《智能 硬件开发入门》适合于广大创客、电子技术爱好者、 青少年学生、智能硬件产业技术人员阅读，也可作为 高职院校有关专业的教材。
    

目录

前言
第1章 智能硬件无处不有——初识智能硬件
1.1 什么是智能硬件
1.2 智能硬件的组成
1.3 智能硬件的主要应用领域
1.4 智能硬件技术发展趋势
第2章 智能硬件的控制——嵌入式处理器的应用
2.1 嵌入式处理器的基础知识
2.2 嵌入式处理器编程语言简介
2.3 嵌入式处理器外围接口电路及其应用
2.4 嵌入式处理器应用系统的抗干扰技术
第3章 智能硬件的感知——传感器的应用
3.1 传感器的基础知识
3.2 常用传感器及其应用
3.3 传感器接口电路及信号转换处理
第4章 智能硬件的互连——物联网《IOT)的应用
4.1 物联网(IOT)
4.2 无线传感器网络
4.3 几种短距离无线通信技术及应用
4.4 几种无线传感器网络芯片简介
第5章 智能硬件开发工具——云平台应用
5.1 智能云平台的概念
5.2 几种智能云平台简介
第6章 智能硬件的开发与案例
6.1 智能硬件的开发流程
6.2 智能硬件的开发规范管理
6.3 智能硬件开发案例简介
附录 基于Linux嵌入式软件开发
参考文献

《匠心之刃：嵌入式系统深度剖析与实践》 一、 概述： 《匠心之刃：嵌入式系统深度剖析与实践》并非一本面向初学者的“入门”读物，它是一把为已有一定技术基础的工程师和爱好者量身打造的“利刃”，旨在深入解构嵌入式系统的核心奥秘，并提供一系列极具挑战性和实践价值的案例分析。本书的目标读者是对嵌入式开发有着浓厚兴趣，渴望超越基础概念，直抵技术核心，并能独立解决复杂问题的开发者。我们不追求面面俱到的广度，而是致力于在关键领域实现深度挖掘，帮助读者建立起对嵌入式系统底层原理的透彻理解，以及解决实际工程问题的精准“刀法”。 二、 内容深度剖析： 第一部分：嵌入式系统的灵魂——微控制器与处理器架构 超越 datasheet 的解析： 本部分将深入讲解当前主流嵌入式微控制器（MCU）和微处理器（MPU）的核心架构，但重点不在于罗列寄存器和外设功能。我们将聚焦于架构设计背后的哲学，例如： 指令集架构（ISA）的演进与权衡： 详细对比 RISC-V, ARM Cortex-M, Cortex-A 等架构的设计理念，分析其在功耗、性能、生态系统方面的优劣，并探讨特定应用场景下 ISA 选择的考量。我们将通过汇编层面的分析，揭示指令执行的底层机制，例如流水线、分支预测、内存访问模式等，让读者理解“为什么”是这样设计的。 内存管理单元（MMU）与内存保护单元（MPU）： 深入探讨 MMU 的工作原理，包括页表、TLB（Translation Lookaside Buffer）等，以及它如何实现虚拟内存、内存保护等高级功能。对于 MPU，我们将阐述其在资源受限的 MCU 上的重要性，以及如何进行区域划分和访问权限控制。 总线接口与仲裁机制： 分析 AHB, APB, AXI 等不同总线协议的特点，以及它们在系统中的作用。重点将放在总线仲裁的算法和策略上，例如优先级、Round-robin 等，以及如何优化总线通信以提升系统吞吐量。 时钟与电源管理： 深入研究 MCU 的内部时钟树生成机制，包括 PLL（Phase-Locked Loop）、分频器等。重点将放在低功耗设计策略上，例如多种休眠模式的触发条件、唤醒机制，以及如何通过精细化的时钟门控和电源域控制来最大化能效。 处理器核心的内部运作： 中断控制器（NVIC/GIC）的精细调优： 不仅介绍中断的优先级设置，还将深入分析中断向量表、中断嵌套、中断延迟等关键问题。我们将探讨如何通过中断向量表重定向、中断服务程序（ISR）的优化等方式，最大限度地降低中断响应延迟。 DMA（Direct Memory Access）的艺术： 深入讲解 DMA 控制器的不同工作模式（如单次传输、周期传输、块传输），以及如何通过配置 DMA 描述符来执行复杂的数据搬移任务。我们将分析 DMA 冲突、DMA 抢占等高级场景，并提供优化 DMA 传输效率的策略。 浮点单元（FPU）与 DSP 指令集： 如果处理器支持 FPU，我们将深入讲解其工作原理、精度问题，以及如何利用 SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令集来加速信号处理、图像处理等运算。 第二部分：嵌入式系统的神经系统——实时操作系统（RTOS）的深度实践 RTOS 内核的精髓： 本部分将不拘泥于某个特定 RTOS 的 API 文档，而是深入剖析 RTOS 的核心设计思想和底层实现。 任务调度算法的原理与应用： 详细解析优先级调度、时间片轮转、协同式调度等多种调度算法的优劣，以及它们在不同应用场景下的适用性。我们将通过代码实例，演示如何通过调整任务优先级、优先级继承、优先级天花板等机制来避免优先级反转问题。 IPC（Inter-Process Communication）机制的深度解读： 除了信号量、互斥锁、消息队列等常用机制，我们将深入探讨它们的工作原理，例如信号量如何管理资源，互斥锁如何实现互斥访问，消息队列如何实现异步通信。我们将重点分析阻塞与非阻塞操作的区别，以及它们在不同场景下的性能影响。 内存管理与碎片化： 深入研究 RTOS 中的内存分配算法，例如伙伴系统、内存池等，并分析内存碎片化产生的原因及其对系统稳定性的影响。我们将提供内存碎片检测与优化的策略。 事件驱动与中断协同： 讲解 RTOS 如何与硬件中断无缝协同工作，例如中断服务程序如何快速响应并通知任务，任务又如何通过信号量或事件标志来等待硬件事件。 RTOS 应用的进阶技巧： 实时性保证与死锁分析： 深入探讨如何通过系统分析工具（如示波器、逻辑分析仪）来测量任务响应时间，识别潜在的实时性瓶颈。我们将讲解死锁产生的典型场景，并提供多种死锁避免和检测的策略。 功耗优化与 RTOS： 探讨如何在 RTOS 环境下实现精细化的功耗管理，例如如何利用 RTOS 的时钟节拍来控制任务执行频率，如何设计低功耗的任务状态机，以及如何协同硬件实现低功耗模式的切换。 RTOS 内核的移植与定制： 即使读者使用的是成熟的 RTOS，我们也会引导他们理解 RTOS 内核的移植过程，包括 BSP（Board Support Package）的编写、时钟初始化、中断向量表配置等。在此基础上，探讨如何根据特定需求对 RTOS 内核进行裁剪和优化。 第三部分：嵌入式系统的“感官”与“行动”——外设接口与通信协议的攻坚 深入理解硬件接口： ADC/DAC 的精度与采样理论： 不仅是配置，我们将深入探讨奈奎斯特采样定理，量化误差，以及如何通过过采样、滤波等技术来提高 ADC/DAC 的精度和信噪比。 定时器/计数器的多重应用： 除了基本的定时和计数，我们将探讨如何利用定时器实现 PWM（Pulse Width Modulation）输出的精确控制，如何利用输入捕获功能进行脉冲测量，以及如何通过级联定时器实现更复杂的时序控制。 SPI, I2C, UART 的底层协议分析： 深入剖析这些常用通信协议的时序图，理解数据传输的每一个比特位所代表的含义。我们将分析主从模式、时钟同步、应答机制等细节，并探讨高层驱动如何转化为底层的总线操作。 网络通信与协议栈： TCP/IP 协议栈的内部机制： 详细解析 TCP 的三次握手、四次挥手，拥塞控制，流量控制等关键机制。分析 UDP 的无连接特性及其适用场景。我们将从网络层、传输层、应用层等多个维度，深入理解数据在网络中的传输过程。 嵌入式设备上的网络连接： 探讨 Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet 等在嵌入式系统中的应用，以及它们各自的优缺点和使用场景。我们将重点关注驱动层的实现、网络配置以及应用层的通信接口。 MQTT, CoAP 等物联网协议： 深入讲解这些轻量级物联网协议的设计理念，包括发布/订阅模式，资源发现等，以及它们如何在资源受限的嵌入式设备上高效运行。 第四部分：嵌入式系统的“大脑”与“安全”——驱动开发、文件系统与安全机制 高级驱动程序开发： Linux 内核驱动模型： 深入讲解 Linux 设备模型，包括设备、驱动、总线等概念，以及如何编写符合 Linux 内核标准的字符设备、块设备、网络设备驱动。我们将分析驱动的注册、注销，设备节点的创建，以及如何利用 ioctl 进行用户空间与内核空间的交互。 HAL (Hardware Abstraction Layer) 的设计哲学： 探讨 HAL 的作用，以及如何设计一套灵活、可移植的 HAL 层，以屏蔽底层硬件差异，提高软件的可复用性。 嵌入式文件系统： YAFFS2, JFFS2, UBIFS 等闪存文件系统： 深入研究这些文件系统的底层结构，包括日志结构、垃圾回收、磨损均衡等机制。我们将分析它们在 NAND Flash 等存储介质上的适用性，以及如何进行文件系统的挂载、读写操作。 FAT/exFAT 文件系统在嵌入式中的应用： 探讨 FAT/exFAT 在 SD 卡等存储介质上的结构，以及如何在嵌入式设备上实现对其的读写。 嵌入式安全基石： 加密算法与认证机制： 详细介绍对称加密（AES）、非对称加密（RSA）、哈希算法（SHA）等在嵌入式系统中的应用。探讨数字签名、证书验证等安全机制的原理。 安全启动与固件更新： 讲解安全启动（Secure Boot）的概念，以及如何通过硬件信任根（Root of Trust）来保证固件的完整性和真实性。探讨安全可靠的固件更新机制，防止恶意代码注入。 嵌入式操作系统安全： 分析 RTOS 中的安全漏洞，例如缓冲区溢出、越界访问等，并提供防范措施。探讨访问控制、权限管理等安全策略在嵌入式系统中的实现。 三、 实践导向与案例分析： 本书将穿插大量真实的、具有挑战性的工程实践案例，这些案例将不仅仅是简单的功能演示，而是深入到问题分析、解决方案设计、代码实现、性能优化、调试排错等全过程。例如： 高性能实时图像采集与处理系统： 基于高性能嵌入式处理器，结合 FPGA 加速，实现高速图像采集、实时目标识别与跟踪。 低功耗物联网节点设计： 针对能量采集或电池供电的物联网设备，设计超低功耗的传感器节点，实现长时间待机与数据上报。 工业级实时控制系统： 基于 RTOS 和 CAN 总线，设计一个高可靠、高实时性的工业自动化控制系统。 嵌入式安全支付终端： 结合硬件加密模块和安全操作系统，构建一个安全的支付终端，保障用户数据的安全。 四、 目标读者群体： 有一定基础的嵌入式工程师： 渴望深化对底层原理的理解，提升解决复杂问题的能力。 对操作系统内核感兴趣的开发者： 希望深入理解 RTOS 的内部运作机制，并能进行定制开发。 硬件工程师： 希望更深入地理解软件如何与硬件交互，并优化硬件设计以适应软件需求。 资深嵌入式爱好者： 追求技术深度，乐于挑战高难度项目，并希望将理论知识转化为实际技能。 五、 本书的独特价值： 《匠心之刃：嵌入式系统深度剖析与实践》拒绝“浅尝辄止”，它提供的是一套解决问题的思维框架和工程实践方法论。本书将引导读者从“知道是什么”迈向“理解为什么”，从“会用API”升级到“能设计和优化”。通过本书的学习，读者将能够： 构建系统级的思考能力： 理解不同模块之间的协同工作，并能从整体上优化系统性能。 掌握底层原理的洞察力： 能够通过分析硬件手册和源码，快速定位和解决复杂问题。 提升代码质量与可维护性： 遵循良好的设计原则，编写高效、可靠、易于维护的代码。 具备独立攻坚的自信： 能够自信地面对新的技术挑战，并找到有效的解决方案。 本书旨在成为您在嵌入式开发领域攀登高峰的得力助手，助您将“匠心”注入每一行代码，打造出真正卓越的嵌入式产品。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题是《智能硬件开发入门》，但里面的内容却更像是一本关于高级嵌入式系统底层架构的深度剖析，完全出乎我的意料，也可能是因为我期望的“入门”概念和作者理解的有所偏差吧。我本来是希望能找到一些关于如何快速上手搭建一个简单物联网设备，比如通过几个清晰的步骤教我如何连接传感器、配置Wi-Fi模块，然后通过一个现成的云平台进行数据可视化。然而，我翻开目录，映入眼帘的是对实时操作系统（RTOS）内核调度算法的详尽讲解，接着就是深入到特定微控制器（MCU）的寄存器级别编程，甚至详细对比了ARM Cortex-M系列不同流水线结构的性能差异。对于一个初学者来说，这些内容无异于天书，我甚至需要反复查阅大量的计算机体系结构和操作系统原理的教科书才能勉强跟上作者的思路。书中对C语言指针和内存管理的讨论占据了相当大的篇幅，这固然是底层开发的基础，但对于只想快速做出一个能“跑起来”的Demo来说，未免过于沉重和理论化了。这本书更像是一本面向有志于成为专业嵌入式软件工程师的读者的进阶读物，而非面向“入门者”的友好指南。如果出版商能更准确地定位其受众，或许能避免像我这样充满期待的读者感到迷茫。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是作者对软件工程实践的推崇达到了近乎偏执的程度，这在关于“智能硬件入门”的书籍中是极为罕见的。书中花费了大量篇幅讨论了版本控制的最佳实践——不仅仅是Git的基本命令，而是涉及到复杂的Git Flow模型在多团队协作中的应用，以及如何利用Merge Request/Pull Request机制进行代码审查的流程规范。更有甚者，作者竟然用好几章的篇幅来详细讲解如何编写符合MISRA C标准的程序代码，以及如何使用静态分析工具（如Coverity或PC-Lint）来自动化检查潜在的内存泄漏和并发问题。我原本以为入门级的书籍会侧重于介绍Arduino IDE或PlatformIO的便捷环境，让读者快速体验到“硬件响应”的乐趣，但这本书却将重点放在了如何构建一个“可维护、可扩展、高可靠性”的开发体系上。这无疑提升了整体的专业高度，但对于渴望快速看到成果的“入门者”来说，这种对工程流程的过度强调，使得实际的硬件操作环节被极大地稀释了，仿佛我买到的是一本《嵌入式软件质量保证手册》，而不是一本开发入门指南。

评分☆☆☆☆☆

这本书的论述风格非常严谨且学术化，几乎找不到任何轻松或幽默的笔触来缓解阅读的枯燥感。它更像是一篇篇经过同行评审的学术论文集，而不是一本旨在激发学习热情的教程。例如，在介绍传感器数据采集时，作者并没有简单地展示如何调用库函数读取模拟值，而是花费了大量的篇幅去推导采样定理（Nyquist-Shannon Theorem）在特定应用场景下的实际限制，并详细分析了如何通过数字滤波器（如IIR和FIR）来消除环境噪声，其数学推导过程之复杂，足以让数学基础薄弱的读者望而却步。书中充斥着大量的希腊字母、复杂的积分和微分方程，每一个结论都建立在坚实的理论基础之上。虽然从知识的深度来看，这本书无疑是优秀的，它构建了一个无懈可击的知识体系，但对于那些希望通过模仿和实践来学习的动手型读者而言，这种“先证后用”的结构显得过于迂回和高高在上，缺乏即时的成就感反馈。

评分☆☆☆☆☆

我注意到这本书对特定硬件平台的依赖性极强，而且选用的平台似乎并非当前市场上最主流或对初学者最友好的那种。它将大量的篇幅聚焦于一个相对小众的、侧重于安全和实时性的特定品牌微控制器系列，而不是选用更普及的ESP32或树莓派Pico等具有庞大社区支持的平台。书中提供的所有代码示例都严格围绕这个特定系列的SDK（Software Development Kit）展开，这意味着一旦读者手头没有完全对应的开发板和编译器版本，书中的所有例程都可能无法编译或运行。这种局限性极大地阻碍了“入门”的普适性。一个好的入门书籍，应该能够引导读者理解通用的概念，并能轻松迁移到不同的硬件载体上。这本书却像是为这个特定芯片撰写的一份深度技术手册，它教你的知识点虽然深刻，但其适用范围被工具链的限制牢牢锁死了，使得读者在尝试将所学应用到其他硬件项目时，会发现自己需要从零开始学习一套全新的配置和驱动接口，这与“入门”的开放性和灵活性背道而驰。

评分☆☆☆☆☆

这本书的硬件选型和项目案例陈旧得令人担忧，这对于一个声称面向“智能硬件”的现代读物来说，是一个致命的缺陷。当我期待看到关于Matter协议、最新的低功耗广域网（LPWAN）技术，或者至少是关于主流云服务API集成的介绍时，书中展示的项目案例却停留在多年前流行的基于GSM模块发送短信的远程控制系统，以及使用老旧的MQTT版本进行数据上报。连网络协议栈的介绍，都花了不少时间讲解TCP/IP协议栈在嵌入式环境下的内存碎片化问题，而对更轻量级、更适合物联网的CoAP或HTTP/2协议几乎只字未提。这种内容的时效性缺失，使得这本书提供的知识和实践经验，与当前行业的发展速度严重脱节。读者学到的很多技巧，可能在如今的商业产品中早已被更高效、更安全的替代方案所取代。它更像是一本记录了上一个技术时代的优秀实践的档案，而不是指引我们走向未来的“入门”指南。