智能硬件開發入門 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉修文阮永華陳鏗俞建... 編

圖書標籤:

• 智能硬件
• 嵌入式係統
• 物聯網
• 開發入門
• Arduino
• 樹莓派
• 硬件開發
• 電子製作
• DIY
• 單片機

店鋪： 木垛圖書旗艦店

齣版社： 中國電力

ISBN：9787519814670

商品編碼：29707621927

開本：16

齣版時間：2018-01-01

基本信息

• 商品名稱：智能硬件開發入門
• 作者：編者:劉修文//阮永華//陳鏗//俞建
• 定價：49
• 齣版社：中國電力
• ISBN號：9787519814670

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-01-01
• 印刷時間：2018-01-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：平裝
• 頁數：199
• 字數：340韆字

內容提要

智能硬件是指新的信息技術和傳統硬件設備相結 閤，具備聯網通信能力、人機交互能力、軟件處理能 力的硬件設備。智能硬件的興起將促使中國經濟從“ 中國製造”嚮“中國創造”轉變。本書是一本介紹智 能硬件開發的科普性讀物，全書共分6章，第1章智能 硬件無處不有——初識智能硬件，第2章智能硬件的 控製——嵌入式處理器的應用，第3章智能硬件的感 知——傳感器的應用，第4章智能硬件的互連——物 聯網(IOT)的應用，第5章智能硬件開發的工具——雲 平颱應用，第5章智能硬件的開發與案例。
     劉修文、阮永華、陳鏗、俞建編著的這本《智能 硬件開發入門》適閤於廣大創客、電子技術愛好者、 青少年學生、智能硬件産業技術人員閱讀，也可作為 高職院校有關專業的教材。
    

目錄

前言
第1章 智能硬件無處不有——初識智能硬件
1.1 什麼是智能硬件
1.2 智能硬件的組成
1.3 智能硬件的主要應用領域
1.4 智能硬件技術發展趨勢
第2章 智能硬件的控製——嵌入式處理器的應用
2.1 嵌入式處理器的基礎知識
2.2 嵌入式處理器編程語言簡介
2.3 嵌入式處理器外圍接口電路及其應用
2.4 嵌入式處理器應用係統的抗乾擾技術
第3章 智能硬件的感知——傳感器的應用
3.1 傳感器的基礎知識
3.2 常用傳感器及其應用
3.3 傳感器接口電路及信號轉換處理
第4章 智能硬件的互連——物聯網《IOT)的應用
4.1 物聯網(IOT)
4.2 無綫傳感器網絡
4.3 幾種短距離無綫通信技術及應用
4.4 幾種無綫傳感器網絡芯片簡介
第5章 智能硬件開發工具——雲平颱應用
5.1 智能雲平颱的概念
5.2 幾種智能雲平颱簡介
第6章 智能硬件的開發與案例
6.1 智能硬件的開發流程
6.2 智能硬件的開發規範管理
6.3 智能硬件開發案例簡介
附錄 基於Linux嵌入式軟件開發
參考文獻

《匠心之刃：嵌入式係統深度剖析與實踐》 一、 概述： 《匠心之刃：嵌入式係統深度剖析與實踐》並非一本麵嚮初學者的“入門”讀物，它是一把為已有一定技術基礎的工程師和愛好者量身打造的“利刃”，旨在深入解構嵌入式係統的核心奧秘，並提供一係列極具挑戰性和實踐價值的案例分析。本書的目標讀者是對嵌入式開發有著濃厚興趣，渴望超越基礎概念，直抵技術核心，並能獨立解決復雜問題的開發者。我們不追求麵麵俱到的廣度，而是緻力於在關鍵領域實現深度挖掘，幫助讀者建立起對嵌入式係統底層原理的透徹理解，以及解決實際工程問題的精準“刀法”。 二、 內容深度剖析： 第一部分：嵌入式係統的靈魂——微控製器與處理器架構 超越 datasheet 的解析： 本部分將深入講解當前主流嵌入式微控製器（MCU）和微處理器（MPU）的核心架構，但重點不在於羅列寄存器和外設功能。我們將聚焦於架構設計背後的哲學，例如： 指令集架構（ISA）的演進與權衡： 詳細對比 RISC-V, ARM Cortex-M, Cortex-A 等架構的設計理念，分析其在功耗、性能、生態係統方麵的優劣，並探討特定應用場景下 ISA 選擇的考量。我們將通過匯編層麵的分析，揭示指令執行的底層機製，例如流水綫、分支預測、內存訪問模式等，讓讀者理解“為什麼”是這樣設計的。 內存管理單元（MMU）與內存保護單元（MPU）： 深入探討 MMU 的工作原理，包括頁錶、TLB（Translation Lookaside Buffer）等，以及它如何實現虛擬內存、內存保護等高級功能。對於 MPU，我們將闡述其在資源受限的 MCU 上的重要性，以及如何進行區域劃分和訪問權限控製。 總綫接口與仲裁機製： 分析 AHB, APB, AXI 等不同總綫協議的特點，以及它們在係統中的作用。重點將放在總綫仲裁的算法和策略上，例如優先級、Round-robin 等，以及如何優化總綫通信以提升係統吞吐量。 時鍾與電源管理： 深入研究 MCU 的內部時鍾樹生成機製，包括 PLL（Phase-Locked Loop）、分頻器等。重點將放在低功耗設計策略上，例如多種休眠模式的觸發條件、喚醒機製，以及如何通過精細化的時鍾門控和電源域控製來最大化能效。 處理器核心的內部運作： 中斷控製器（NVIC/GIC）的精細調優： 不僅介紹中斷的優先級設置，還將深入分析中斷嚮量錶、中斷嵌套、中斷延遲等關鍵問題。我們將探討如何通過中斷嚮量錶重定嚮、中斷服務程序（ISR）的優化等方式，最大限度地降低中斷響應延遲。 DMA（Direct Memory Access）的藝術： 深入講解 DMA 控製器的不同工作模式（如單次傳輸、周期傳輸、塊傳輸），以及如何通過配置 DMA 描述符來執行復雜的數據搬移任務。我們將分析 DMA 衝突、DMA 搶占等高級場景，並提供優化 DMA 傳輸效率的策略。 浮點單元（FPU）與 DSP 指令集： 如果處理器支持 FPU，我們將深入講解其工作原理、精度問題，以及如何利用 SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令集來加速信號處理、圖像處理等運算。 第二部分：嵌入式係統的神經係統——實時操作係統（RTOS）的深度實踐 RTOS 內核的精髓： 本部分將不拘泥於某個特定 RTOS 的 API 文檔，而是深入剖析 RTOS 的核心設計思想和底層實現。 任務調度算法的原理與應用： 詳細解析優先級調度、時間片輪轉、協同式調度等多種調度算法的優劣，以及它們在不同應用場景下的適用性。我們將通過代碼實例，演示如何通過調整任務優先級、優先級繼承、優先級天花闆等機製來避免優先級反轉問題。 IPC（Inter-Process Communication）機製的深度解讀： 除瞭信號量、互斥鎖、消息隊列等常用機製，我們將深入探討它們的工作原理，例如信號量如何管理資源，互斥鎖如何實現互斥訪問，消息隊列如何實現異步通信。我們將重點分析阻塞與非阻塞操作的區彆，以及它們在不同場景下的性能影響。 內存管理與碎片化： 深入研究 RTOS 中的內存分配算法，例如夥伴係統、內存池等，並分析內存碎片化産生的原因及其對係統穩定性的影響。我們將提供內存碎片檢測與優化的策略。 事件驅動與中斷協同： 講解 RTOS 如何與硬件中斷無縫協同工作，例如中斷服務程序如何快速響應並通知任務，任務又如何通過信號量或事件標誌來等待硬件事件。 RTOS 應用的進階技巧： 實時性保證與死鎖分析： 深入探討如何通過係統分析工具（如示波器、邏輯分析儀）來測量任務響應時間，識彆潛在的實時性瓶頸。我們將講解死鎖産生的典型場景，並提供多種死鎖避免和檢測的策略。 功耗優化與 RTOS： 探討如何在 RTOS 環境下實現精細化的功耗管理，例如如何利用 RTOS 的時鍾節拍來控製任務執行頻率，如何設計低功耗的任務狀態機，以及如何協同硬件實現低功耗模式的切換。 RTOS 內核的移植與定製： 即使讀者使用的是成熟的 RTOS，我們也會引導他們理解 RTOS 內核的移植過程，包括 BSP（Board Support Package）的編寫、時鍾初始化、中斷嚮量錶配置等。在此基礎上，探討如何根據特定需求對 RTOS 內核進行裁剪和優化。 第三部分：嵌入式係統的“感官”與“行動”——外設接口與通信協議的攻堅 深入理解硬件接口： ADC/DAC 的精度與采樣理論： 不僅是配置，我們將深入探討奈奎斯特采樣定理，量化誤差，以及如何通過過采樣、濾波等技術來提高 ADC/DAC 的精度和信噪比。 定時器/計數器的多重應用： 除瞭基本的定時和計數，我們將探討如何利用定時器實現 PWM（Pulse Width Modulation）輸齣的精確控製，如何利用輸入捕獲功能進行脈衝測量，以及如何通過級聯定時器實現更復雜的時序控製。 SPI, I2C, UART 的底層協議分析： 深入剖析這些常用通信協議的時序圖，理解數據傳輸的每一個比特位所代錶的含義。我們將分析主從模式、時鍾同步、應答機製等細節，並探討高層驅動如何轉化為底層的總綫操作。 網絡通信與協議棧： TCP/IP 協議棧的內部機製： 詳細解析 TCP 的三次握手、四次揮手，擁塞控製，流量控製等關鍵機製。分析 UDP 的無連接特性及其適用場景。我們將從網絡層、傳輸層、應用層等多個維度，深入理解數據在網絡中的傳輸過程。 嵌入式設備上的網絡連接： 探討 Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet 等在嵌入式係統中的應用，以及它們各自的優缺點和使用場景。我們將重點關注驅動層的實現、網絡配置以及應用層的通信接口。 MQTT, CoAP 等物聯網協議： 深入講解這些輕量級物聯網協議的設計理念，包括發布/訂閱模式，資源發現等，以及它們如何在資源受限的嵌入式設備上高效運行。 第四部分：嵌入式係統的“大腦”與“安全”——驅動開發、文件係統與安全機製 高級驅動程序開發： Linux 內核驅動模型： 深入講解 Linux 設備模型，包括設備、驅動、總綫等概念，以及如何編寫符閤 Linux 內核標準的字符設備、塊設備、網絡設備驅動。我們將分析驅動的注冊、注銷，設備節點的創建，以及如何利用 ioctl 進行用戶空間與內核空間的交互。 HAL (Hardware Abstraction Layer) 的設計哲學： 探討 HAL 的作用，以及如何設計一套靈活、可移植的 HAL 層，以屏蔽底層硬件差異，提高軟件的可復用性。 嵌入式文件係統： YAFFS2, JFFS2, UBIFS 等閃存文件係統： 深入研究這些文件係統的底層結構，包括日誌結構、垃圾迴收、磨損均衡等機製。我們將分析它們在 NAND Flash 等存儲介質上的適用性，以及如何進行文件係統的掛載、讀寫操作。 FAT/exFAT 文件係統在嵌入式中的應用： 探討 FAT/exFAT 在 SD 卡等存儲介質上的結構，以及如何在嵌入式設備上實現對其的讀寫。 嵌入式安全基石： 加密算法與認證機製： 詳細介紹對稱加密（AES）、非對稱加密（RSA）、哈希算法（SHA）等在嵌入式係統中的應用。探討數字簽名、證書驗證等安全機製的原理。 安全啓動與固件更新： 講解安全啓動（Secure Boot）的概念，以及如何通過硬件信任根（Root of Trust）來保證固件的完整性和真實性。探討安全可靠的固件更新機製，防止惡意代碼注入。 嵌入式操作係統安全： 分析 RTOS 中的安全漏洞，例如緩衝區溢齣、越界訪問等，並提供防範措施。探討訪問控製、權限管理等安全策略在嵌入式係統中的實現。 三、 實踐導嚮與案例分析： 本書將穿插大量真實的、具有挑戰性的工程實踐案例，這些案例將不僅僅是簡單的功能演示，而是深入到問題分析、解決方案設計、代碼實現、性能優化、調試排錯等全過程。例如： 高性能實時圖像采集與處理係統： 基於高性能嵌入式處理器，結閤 FPGA 加速，實現高速圖像采集、實時目標識彆與跟蹤。 低功耗物聯網節點設計： 針對能量采集或電池供電的物聯網設備，設計超低功耗的傳感器節點，實現長時間待機與數據上報。 工業級實時控製係統： 基於 RTOS 和 CAN 總綫，設計一個高可靠、高實時性的工業自動化控製係統。 嵌入式安全支付終端： 結閤硬件加密模塊和安全操作係統，構建一個安全的支付終端，保障用戶數據的安全。 四、 目標讀者群體： 有一定基礎的嵌入式工程師： 渴望深化對底層原理的理解，提升解決復雜問題的能力。 對操作係統內核感興趣的開發者： 希望深入理解 RTOS 的內部運作機製，並能進行定製開發。 硬件工程師： 希望更深入地理解軟件如何與硬件交互，並優化硬件設計以適應軟件需求。 資深嵌入式愛好者： 追求技術深度，樂於挑戰高難度項目，並希望將理論知識轉化為實際技能。 五、 本書的獨特價值： 《匠心之刃：嵌入式係統深度剖析與實踐》拒絕“淺嘗輒止”，它提供的是一套解決問題的思維框架和工程實踐方法論。本書將引導讀者從“知道是什麼”邁嚮“理解為什麼”，從“會用API”升級到“能設計和優化”。通過本書的學習，讀者將能夠： 構建係統級的思考能力： 理解不同模塊之間的協同工作，並能從整體上優化係統性能。 掌握底層原理的洞察力： 能夠通過分析硬件手冊和源碼，快速定位和解決復雜問題。 提升代碼質量與可維護性： 遵循良好的設計原則，編寫高效、可靠、易於維護的代碼。 具備獨立攻堅的自信： 能夠自信地麵對新的技術挑戰，並找到有效的解決方案。 本書旨在成為您在嵌入式開發領域攀登高峰的得力助手，助您將“匠心”注入每一行代碼，打造齣真正卓越的嵌入式産品。

評分☆☆☆☆☆

這本書的論述風格非常嚴謹且學術化，幾乎找不到任何輕鬆或幽默的筆觸來緩解閱讀的枯燥感。它更像是一篇篇經過同行評審的學術論文集，而不是一本旨在激發學習熱情的教程。例如，在介紹傳感器數據采集時，作者並沒有簡單地展示如何調用庫函數讀取模擬值，而是花費瞭大量的篇幅去推導采樣定理（Nyquist-Shannon Theorem）在特定應用場景下的實際限製，並詳細分析瞭如何通過數字濾波器（如IIR和FIR）來消除環境噪聲，其數學推導過程之復雜，足以讓數學基礎薄弱的讀者望而卻步。書中充斥著大量的希臘字母、復雜的積分和微分方程，每一個結論都建立在堅實的理論基礎之上。雖然從知識的深度來看，這本書無疑是優秀的，它構建瞭一個無懈可擊的知識體係，但對於那些希望通過模仿和實踐來學習的動手型讀者而言，這種“先證後用”的結構顯得過於迂迴和高高在上，缺乏即時的成就感反饋。

評分☆☆☆☆☆

我注意到這本書對特定硬件平颱的依賴性極強，而且選用的平颱似乎並非當前市場上最主流或對初學者最友好的那種。它將大量的篇幅聚焦於一個相對小眾的、側重於安全和實時性的特定品牌微控製器係列，而不是選用更普及的ESP32或樹莓派Pico等具有龐大社區支持的平颱。書中提供的所有代碼示例都嚴格圍繞這個特定係列的SDK（Software Development Kit）展開，這意味著一旦讀者手頭沒有完全對應的開發闆和編譯器版本，書中的所有例程都可能無法編譯或運行。這種局限性極大地阻礙瞭“入門”的普適性。一個好的入門書籍，應該能夠引導讀者理解通用的概念，並能輕鬆遷移到不同的硬件載體上。這本書卻像是為這個特定芯片撰寫的一份深度技術手冊，它教你的知識點雖然深刻，但其適用範圍被工具鏈的限製牢牢鎖死瞭，使得讀者在嘗試將所學應用到其他硬件項目時，會發現自己需要從零開始學習一套全新的配置和驅動接口，這與“入門”的開放性和靈活性背道而馳。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是作者對軟件工程實踐的推崇達到瞭近乎偏執的程度，這在關於“智能硬件入門”的書籍中是極為罕見的。書中花費瞭大量篇幅討論瞭版本控製的最佳實踐——不僅僅是Git的基本命令，而是涉及到復雜的Git Flow模型在多團隊協作中的應用，以及如何利用Merge Request/Pull Request機製進行代碼審查的流程規範。更有甚者，作者竟然用好幾章的篇幅來詳細講解如何編寫符閤MISRA C標準的程序代碼，以及如何使用靜態分析工具（如Coverity或PC-Lint）來自動化檢查潛在的內存泄漏和並發問題。我原本以為入門級的書籍會側重於介紹Arduino IDE或PlatformIO的便捷環境，讓讀者快速體驗到“硬件響應”的樂趣，但這本書卻將重點放在瞭如何構建一個“可維護、可擴展、高可靠性”的開發體係上。這無疑提升瞭整體的專業高度，但對於渴望快速看到成果的“入門者”來說，這種對工程流程的過度強調，使得實際的硬件操作環節被極大地稀釋瞭，仿佛我買到的是一本《嵌入式軟件質量保證手冊》，而不是一本開發入門指南。

評分☆☆☆☆☆

這本書的硬件選型和項目案例陳舊得令人擔憂，這對於一個聲稱麵嚮“智能硬件”的現代讀物來說，是一個緻命的缺陷。當我期待看到關於Matter協議、最新的低功耗廣域網（LPWAN）技術，或者至少是關於主流雲服務API集成的介紹時，書中展示的項目案例卻停留在多年前流行的基於GSM模塊發送短信的遠程控製係統，以及使用老舊的MQTT版本進行數據上報。連網絡協議棧的介紹，都花瞭不少時間講解TCP/IP協議棧在嵌入式環境下的內存碎片化問題，而對更輕量級、更適閤物聯網的CoAP或HTTP/2協議幾乎隻字未提。這種內容的時效性缺失，使得這本書提供的知識和實踐經驗，與當前行業的發展速度嚴重脫節。讀者學到的很多技巧，可能在如今的商業産品中早已被更高效、更安全的替代方案所取代。它更像是一本記錄瞭上一個技術時代的優秀實踐的檔案，而不是指引我們走嚮未來的“入門”指南。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題是《智能硬件開發入門》，但裏麵的內容卻更像是一本關於高級嵌入式係統底層架構的深度剖析，完全齣乎我的意料，也可能是因為我期望的“入門”概念和作者理解的有所偏差吧。我本來是希望能找到一些關於如何快速上手搭建一個簡單物聯網設備，比如通過幾個清晰的步驟教我如何連接傳感器、配置Wi-Fi模塊，然後通過一個現成的雲平颱進行數據可視化。然而，我翻開目錄，映入眼簾的是對實時操作係統（RTOS）內核調度算法的詳盡講解，接著就是深入到特定微控製器（MCU）的寄存器級彆編程，甚至詳細對比瞭ARM Cortex-M係列不同流水綫結構的性能差異。對於一個初學者來說，這些內容無異於天書，我甚至需要反復查閱大量的計算機體係結構和操作係統原理的教科書纔能勉強跟上作者的思路。書中對C語言指針和內存管理的討論占據瞭相當大的篇幅，這固然是底層開發的基礎，但對於隻想快速做齣一個能“跑起來”的Demo來說，未免過於沉重和理論化瞭。這本書更像是一本麵嚮有誌於成為專業嵌入式軟件工程師的讀者的進階讀物，而非麵嚮“入門者”的友好指南。如果齣版商能更準確地定位其受眾，或許能避免像我這樣充滿期待的讀者感到迷茫。