| 书名： | 嵌入式技术基础与实践 |
| 出版社： | 清华大学出版社 |
| 出版日期 | 2021 |
| ISBN号： | 9787302585305 |
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| 本书以意法半导体(ST)ARM CortexM4内核的STM32L431微控制器为蓝本，以知识要素为核心，以构件化为基础阐述嵌入式技术基础与实践，同时本书随附实践硬件系统。全书共12章，第1章在运行一个嵌入式系统实例的基础上简要阐述嵌入式系统的知识体系、学习误区与学习建议； 第2章给出ARM CortexM4微处理器简介； 第3章给出MCU存储器映像、中断源与硬件最小系统； 第4章以GPIO为例给出规范的工程组织框架，阐述底层驱动的应用方法； 第5章阐述嵌入式硬件构件与底层驱动构件基本规范； 第6章给出串行通信模块及第一个带中断的实例； 第1~6章囊括了学习一个微控制器入门环节的完整要素； 第7~11章分别给出SysTick、Timer、PWM、Flash在线编程、ADC、DAC、SPI、I2C、TSC、CAN、DMA、位带操作、系统时钟、复位模块、看门狗及电源控制模块等内容； 第12章给出RTOS、嵌入式人工智能、NBIoT、4G、WiFi及WSN等应用案例。 本书提供了电子教学资源，内含芯片资料、使用文档、硬件说明、源程序等，还制作了课件及微课视频。 本书适用于高等学校嵌入式系统的教学及技术培训，也可供嵌入式系统与物联网应用技术人员作为研发参考。 |
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| 王宜怀，男，1962年生，博士，苏州大学计算机科学与技术学院教授、软件工程系主任、博士生导师；苏州大学嵌入式系统与物联网研究所所长、闽江学者讲座教授；江苏省计算机学会嵌入式系统与物联网专委主任，苏州市政协常委。曾获国家精品在线开放课程、苏州大学五四青年特别感谢奖、高尚师德奖等。致力于嵌入式人工智能与物联网等方向研究与教学工作，撰写《嵌入式技术基础与实践》（1～5版）等著作十余部。 |
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| 本书以意法半导体（ST）的ARM Cortex-M4内核的STM32L431微控制器为蓝本、以知识要素为核心、以构件化为基础阐述嵌入式技术基础与实践，同时本书随附实践硬件系统。并且提供了电子资源，内含芯片资料、使用文档、硬件说明、源程序等，还制作了课件及微课视频。 |
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| 第1章概述
1．1初识嵌入式系统
1．1．1运行硬件系统
1．1．2实践体系简介
1．1．3编译、下载与运行第一个嵌入式程序
1．2嵌入式系统的定义、发展简史、分类及特点
1．2．1嵌入式系统的定义
1．2．2嵌入式系统的由来及发展简史
1．2．3嵌入式系统的分类
1．2．4嵌入式系统的特点
1．3嵌入式系统的学习困惑、知识体系及学习建议
1．3．1嵌入式系统的学习困惑
1．3．2嵌入式系统的知识体系
1．3．3基础阶段的学习建议
1．4微控制器与应用处理器简介
1．4．1MCU简介
1．4．2以MCU为核心的嵌入式测控产品的基本组成
1．4．3MAP简介
1．5嵌入式系统常用术语
1．5．1与硬件相关的术语
1．5．2与通信相关的术语
1．5．3与功能模块相关的术语
本章小结
习题
第2章ARM CortexM4微处理器
2．1ARM CortexM4微处理器简介
2．1．1ARM CortexM4微处理器内部结构概要
2．1．2ARM CortexM4微处理器的内部寄存器
2．2寻址方式与机器码获取方法
嵌入式技术基础与实践(第6版)（微课视频版）
2．2．1指令保留字简表与寻址方式
2．2．2指令的机器码
2．3基本指令分类解析
2．3．1数据传送类指令
2．3．2数据操作类指令
2．3．3跳转控制类指令
2．3．4其他指令
2．4汇编语言的基本语法
2．4．1汇编语言的格式
2．4．2常用伪指令简介
本章小结
习题
第3章存储器映像、中断源与硬件最小系统
3．1STM32L4系列MCU概述
3．1．1STM32L4系列MCU命名规则
3．1．2STM32L4存储器映像
3．1．3STM32L4中断源
3．2STM32L4芯片的引脚图与硬件最小系统
3．2．1STM32L4芯片的引脚图
3．2．2STM32L4硬件最小系统原理图
3．3由MCU构建通用嵌入式计算机
3．3．1嵌入式终端开发方式存在的问题与解决办法
3．3．2提出GEC概念的时机、GEC定义与特点
3．3．3由STM32L431芯片构成的GEC
本章小结
习题
第4章GPIO及程序框架
4．1GPIO通用基础知识
4．1．1GPIO概念
4．1．2输出引脚的基本接法
4．1．3上拉、下拉电阻与输入引脚的基本接法
4．2软件干预硬件的方法
4．2．1GPIO构件API
4．2．2GPIO构件的输出测试方法
4．3认识工程框架
4．3．1工程框架及所含文件简介
4．3．2了解机器码文件及芯片执行流程简析
4．4GPIO构件的制作过程
4．4．1端口与GPIO模块
4．4．2GPIO基本编程步骤并点亮一盏小灯
4．4．3GPIO构件的设计
4．5第一个汇编语言工程： 控制小灯闪烁
4．5．1汇编工程文件的组织
4．5．2汇编语言小灯测试工程主程序
4．6实验一熟悉实验开发环境及GPIO编程
本章小结
习题
第5章嵌入式硬件构件与底层驱动构件基本规范
5．1嵌入式硬件构件
5．1．1嵌入式硬件构件概念及其分类
5．1．2基于嵌入式硬件构件的电路原理图设计简明规则
5．2嵌入式底层驱动构件的概念与层次模型
5．2．1嵌入式底层驱动构件的概念
5．2．2嵌入式硬件构件与软件构件结合的层次模型
5．2．3嵌入式软件构件分类
5．3底层驱动构件的封装规范
5．3．1构件设计的基本思想与基本原则
5．3．2编码风格基本规范
5．3．3头文件的设计规范
5．3．4源程序文件的设计规范
5．4硬件构件及其驱动构件的复用与移植方法
5．4．1硬件构件的复用与移植
5．4．2驱动构件的移植
本章小结
习题
第6章串行通信模块及第一个中断程序结构
6．1异步串行通信的通用基础知识
6．1．1串行通信的基本概念
6．1．2RS232和RS485总线标准
6．1．3TTLUSB串口
6．1．4串行通信编程模型
6．2基于构件的串行通信编程方法
6．2．1STM32L431芯片UART对外引脚
6．2．2UART构件API
6．2．3UART构件API的发送测试方法
6．2．4printf函数的设置方法与使用
6．3UART构件的制作过程
6．3．1UART寄存器概述
6．3．2利用直接地址操作的串口发送打通程序
6．3．3UART构件设计
6．4中断机制及中断编程步骤
6．4．1关于中断的通用基础知识
6．4．2ARM CortexM4非内核模块中断编程结构
6．4．3STM32L431中断编程步骤——以串口接收中断为例
6．5实验二串口通信及中断实验
本章小结
习题
第7章定时器相关模块
7．1定时器通用基础知识
7．2STM32L431中的定时器
7．2．1ARM CortexM内核定时器SysTick
7．2．2实时时钟模块
7．2．3Timer模块的基本定时功能
7．3脉宽调制
7．3．1脉宽调制通用基础知识
7．3．2基于构件的PWM编程方法
7．3．3脉宽调制构件的制作过程
7．4输入捕捉与输出比较
7．4．1输入捕捉与输出比较通用基础知识
7．4．2基于构件的输入捕捉和输出比较编程方法
7．4．3输入捕捉和输出比较构件的制作过程
7．5实验三定时器及PWM实验
本章小结
习题
第8章Flash在线编程、ADC与DAC
8．1Flash在线编程
8．1．1Flash在线编程的通用基础知识
8．1．2基于构件的Flash在线编程方法
8．1．3Flash构件的制作过程
8．2ADC
8．2．1ADC的通用基础知识
8．2．2基于构件的ADC编程方法
8．2．3ADC构件的制作过程
8．3DAC
8．3．1DAC的通用基础知识
8．3．2基于构件的DAC编程方法
8．4实验四ADC实验
本章小结
习题
第9章SPI、I2C与TSC模块
9．1串行外设接口SPI模块
9．1．1串行外设接口SPI的通用基础知识
9．1．2基于构件的SPI通信编程方法
9．1．3SPI构件的制作过程
9．2集成电路互联总线模块
9．2．1集成电路互联总线的通用基础知识
9．2．2基于构件的I2C通信编程方法
9．2．3I2C构件的制作过程
9．3触摸感应控制器模块
9．3．1触摸感应控制器的基本原理
9．3．2基于构件的TSC编程方法
9．3．3TSC构件的制作过程
9．3．4模拟触摸感应输入功能
9．4实验五SPI通信实验
本章小结
习题
第10章CAN总线、DMA与位带操作
10．1CAN总线
10．1．1CAN总线的通用基础知识
10．1．2基于构件的CAN编程方法
10．1．3CAN构件的制作过程
10．2DMA
10．2．1DMA的通用基础知识
10．2．2基于构件的DMA编程方法
10．2．3DMA构件的制作过程
10．3位带操作
10．3．1位带操作的基本含义
10．3．2使用位带操作的缘由及编程方法
本章小结
习题
第11章系统时钟与其他功能模块
11．1时钟系统
11．1．1时钟系统概述
11．1．2时钟模块寄存器及编程实例
11．2复位模块与看门狗模块
11．2．1复位模块
11．2．2看门狗
11．3电源控制模块与CRC校验模块
11．3．1电源控制模块
11．3．2校验模块
11．4实验六综合实验
本章小结
习题
第12章应用案例
12．1嵌入式系统的稳定性问题
12．2外接传感器及执行部件的编程方法
12．2．1开关量输出类驱动构件
12．2．2开关量输入类驱动构件
12．2．3声音与加速度传感器驱动构件
12．3实时操作系统的简明实例
12．3．1无操作系统与实时操作系统
12．3．2RTOS中的常用基本概念
12．3．3线程的三要素、4种状态及3种基本形式
12．3．4RTOS下的编程实例
12．4嵌入式人工智能的简明实例
12．4．1EORS简介
12．4．2AHLEORS的数据采集与训练过程
12．4．3在通用嵌入式计算机GEC上进行的推理过程
12．5NBIoT的应用简介
12．5．1NBIoT应用架构
12．5．2AHLNBIoT开发套件简介
12．5．3NBIoT的数据传输
12．64G、Cat1、WiFi及WSN的应用
12．6．14G通信
12．6．2Cat1通信
12．6．3WiFi通信
12．6．4WSN
12．6．5WiFi 与WSN相结合系统
参考文献 |
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| 嵌入式计算机系统简称为嵌入式系统，其概念最初源于传统测控系统对计算机的需求。随着以微处理器(MPU)为内核的微控制器(MCU)制造技术的不断进步，计算机领域在通用计算机系统与嵌入式计算机系统这两大分支分别得以发展。通用计算机已经在科学计算、通信、日常生活等各个领域产生重要影响。在后PC时代，嵌入式系统的广阔应用是计算机发展的重要特征。一般来说，嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类： 一类是电子系统的智能化(如工业控制、汽车电子、数据采集、测控系统、家用电器、现代农业、嵌入式人工智能及物联网应用等)，这类应用也被称为微控制器（MCU）领域； 另一类是计算机应用的延伸(如平板电脑、手机、电子图书等)，这类应用也被称为应用处理器（MAP）领域。在ARM产品系列中，ARM CortexM系列与ARM CortexR系列适用于电子系统的智能化类应用，即微控制器领域； ARM CortexA系列适用于计算机应用的延伸，即应用处理器领域。不论如何分类，嵌入式系统的技术基础是不变的，即要完成一个嵌入式系统产品的设计，需要有硬件、软件及行业领域相关知识。但是，随着嵌入式系统中软件规模的日益增大，业界对嵌入式底层驱动软件的封装提出了更高的要求，因此嵌入式底层驱动软件的可复用性与可移植性受到特别的关注，嵌入式软硬件构件化开发方法逐步被业界重视。 本书1~5版先后获得苏州大学精品教材、江苏省高等学校重点教材、“十一五”“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材、国家精品在线开放课程等。本版是在2019年出版的第5版基础上重新撰写的，样本芯片使用意法半导体ARM CortexM4内核的STM32L431微控制器。同时，在意法半导体、南京沁恒微电子及清华大学出版社的支持下，配备了可以直接实践的硬件系统，具备简捷、便利、边学边实践等优点，克服了实验箱模式的冗余、不方便带出实验室、不易升级等缺点，为探索嵌入式教学模式提供了一种新的尝试。 书中以嵌入式硬件构件及底层软件构件设计为主线，基于嵌入式软件工程的思想，按照“通用知识—驱动构件使用方法—测试实例—构件制作过程”的线条，逐步阐述电子系统智能化嵌入式应用的软件与硬件设计。需要特别说明的是，虽然书籍撰写与教学必须以某一特定芯片为蓝本，但作为嵌入式技术基础，本书试图阐述嵌入式通用知识要素。因此，本书以知识要素为基本立足点设计芯片底层驱动，使得应用程序与芯片无关，具有通用嵌入式计算机(GEC)的性质。书中将大部分驱动的使用方法提前阐述，而驱动构件的设计方法后置，
目的是先学会使用构件进行实际编程，后理解构件的设计方法。因构件设计方法部分有一定难度，对于不同要求的教学场景，也可不要求学生理解全部构件的设计方法，讲解一两个即可。 本书具有以下特点。 (1) 把握通用知识与芯片相关知识之间的平衡。书中对于嵌入式“通用知识”的基本原理，以应用为立足点，进行语言简洁、逻辑清晰的阐述，同时注意与芯片相关知识之间的衔接，使读者在更好地理解基本原理的基础上，学习芯片应用的设计，进而加深对通用知识的理解。 (2) 把握硬件与软件的关系。嵌入式系统是软件与硬件的综合体，嵌入式系统设计是一个软件、硬件协同设计的工程，不能像通用计算机那样把软件、硬件完全分开来看。特别是对电子系统智能化嵌入式应用来说，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件，同样没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。因此，本书注重把握硬件知识与软件知识之间的关系。 (3) 对底层驱动进行构件化封装。书中根据嵌入式软件工程基本原则并按照构件化封装要求，给出每个模块的底层驱动程序，同时给出详细、规范的注释及对外接口，为实际应用提供底层构件，方便移植与复用，为读者进行实际项目开发节省大量时间。 (4) 设计合理的测试用例。书中所有源程序均经测试通过，并保留测试用例在本书的网上教学资源，避免了因例程的书写或固有错误给读者带来烦恼。这些测试用例，也为读者验证与理解带来方便。 (5) 网上教学资源提供了所有模块完整的底层驱动构件化封装程序与测试用例，包括需要使用PC的程序测试用例，提供了PC的C#源程序、芯片资料、使用文档、硬件说明等，还制作了课件及微课视频，网上教学资源的版本将会适时更新。 本书由苏州大学王宜怀教授担任主编，李跃华、徐文彬、施连敏担任副主编。苏州大学嵌入式人工智能与物联网实验室的博士研究生、硕士研究生参与程序开发、书稿整理及有关资源建设，他们卓有成效的工作使得本书更加充实。ST 大学计划的丁晓磊女士，ARM中国教育生态部的王梦馨女士、南京沁恒微电子的杨勇先生及刘帅先生等为本书提供了许多帮助。刘纯平教授、赵雷教授、章晓芳副教授、刘晓升博士等老师参与本书撰写的讨论，提出了不少建设性建议，在此一并表示诚挚的感谢。 由于作者水平有限，书中难免存在不妥之处，恳望读者提出宝贵意见和建议，以便再版时改进。 苏州大学王宜怀 2021年6月 嵌入式技术基础与实践(第6版)（微课视频版） |
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