即時嵌入式係統 μc/ os-II pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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• 嵌入式係統
• μC/OS-II
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• 嵌入式開發
• ARM
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• 實踐

μC/OS–II是一種小型的嵌入式作業係統，隻提供瞭任務管理、任務的通訊同步和簡單的儲存管理三項基本服務。其為一個微內核，隻對電腦的處理器和硬體時鍾進行瞭抽象和封裝，而沒有提供其他的硬體外接部份。

　　主要原因是μC/OS–II的開發者認為，做為一個嵌入式係統，在不同的應用中，主物件具有差異極大的硬體結構，它們的硬體部分隻能由硬體供應商或者是目標係統的開發者提供或者開發。而做為嵌入式作業係統的開發者是沒有辦法，也沒有必要提供所有的硬體外接部份。

　　由於μC/OS–II是植基於優先順序的可內核，係統中的所有任務都有一個並且唯一的優先順序彆，適閤應用在即時性要求較強的場閤。此外，μC/OS–II的另一個特點是它區分用戶空間和係統空間，所以也很適閤在比較簡單的處理器上應用。本書將介紹操作係統與任務管理、任務同步通訊、儲存管理以及相關問題，並解說與ARM的應用程序實例，極具實用與參考價值。

圖書簡介：深入解析現代嵌入式係統設計與實踐 書名：嵌入式係統設計與實踐：從理論到應用 --- 第一部分：嵌入式係統的基石與演進 本書旨在為讀者構建一個全麵、深入且具有前瞻性的嵌入式係統知識體係。我們聚焦於現代嵌入式係統設計的核心原理、關鍵技術選型以及麵嚮實際應用的工程化方法。 第一章：嵌入式係統概述與發展脈絡 本章首先界定瞭嵌入式係統的內涵與外延，區分瞭通用計算係統與嵌入式係統的本質區彆。詳細闡述瞭嵌入式係統的典型應用領域（如工業控製、消費電子、醫療設備和汽車電子）及其對可靠性、實時性、功耗和體積的特殊要求。隨後，我們將追溯嵌入式技術的發展曆程，從早期的簡單微控製器係統，到當前以SoC（係統級芯片）和FPGA為核心的復雜異構計算平颱，分析每一次技術飛躍背後的驅動力——摩爾定律的延續、物聯網（IoT）需求的爆發以及對更高能效比的追求。特彆關注瞭嵌入式係統設計哲學從“功能實現”嚮“軟硬件協同優化”的轉變。 第二章：核心處理器架構深度剖析 理解處理器是理解嵌入式係統的關鍵。本章將超越對特定微控製器（MCU）數據手冊的簡單羅列，轉而深入探究主流嵌入式處理器架構的內在邏輯。 指令集架構（ISA）對比： 詳細比較精簡指令集計算（RISC）和復雜指令集計算（CISC）在嵌入式領域的優劣。重點分析ARM Cortex-M/R/A係列處理器的流水綫設計、分支預測機製以及特權等級（Privilege Levels）管理，解析這些設計如何服務於低功耗和實時性需求。 內存係統與緩存管理： 探討內存層次結構（寄存器、SRAM、Flash、DRAM）在嵌入式係統中的布局與存取策略。深入講解緩存（Cache）的工作原理（寫迴/直寫、命中/未命中）及其對程序執行時序的敏感影響，特彆是對於需要確定性響應的實時任務。 片上總綫與互聯： 分析AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）如AHB、APB以及更現代的AXI總綫協議，理解數據如何在CPU、DMA控製器、外設之間高效傳輸。 第三章：基礎硬件組件與接口技術 本章係統地梳理構成一個完整嵌入式係統的必備硬件模塊及其工作機製。 存儲器技術： 闡述非易失性存儲器（NOR/NAND Flash、EEPROM）的讀寫特性、磨損平衡（Wear Leveling）算法，以及易失性存儲器（SRAM、DRAM）的刷新和時序要求。 中斷與定時器： 深入研究中斷控製器（NVIC或等效結構）的優先級仲裁機製、嵌套中斷處理流程。詳述通用定時器、PWM發生器在控製迴路和信號生成中的精確應用。 串行與並行通信接口： 全麵覆蓋I2C、SPI、UART等基礎接口的協議細節和驅動實現。同時，對高速接口如PCIe、USB OTG以及工業現場總綫（如CAN FD）進行高層次的介紹和應用場景分析。 --- 第二部分：軟件開發與實時性保障 嵌入式軟件的特殊性在於其必須與硬件緊密耦閤，並在嚴格的時序約束下運行。本部分重點關注軟件架構設計、實時操作係統（RTOS）的選型與應用，以及底層驅動的工程化開發。 第四章：嵌入式C/C++編程範式與工具鏈 本章強調瞭嵌入式軟件開發的高標準要求。 內存模型與訪問限定符： 詳細解析`volatile`、`const`、`static`等關鍵字在嵌入式上下文中的精確語義，特彆是對易失性寄存器和共享內存的處理。講解指針算術和內存對齊對性能和正確性的影響。 跨平颱編譯與鏈接： 深入剖析交叉編譯工具鏈（Cross-Compiler Toolchain）的工作流程，包括編譯、匯編、鏈接器的腳本（Linker Script）配置，如何精確控製代碼和數據在目標硬件存儲器中的映射位置。 代碼優化與調試技巧： 探討編譯器優化選項（如`-O3`）對代碼大小和執行速度的權衡。介紹硬件調試工具（JTAG/SWD）的使用，斷點設置、寄存器觀察以及內存追蹤在故障定位中的關鍵作用。 第五章：實時操作係統（RTOS）原理與應用 雖然本書不聚焦於特定RTOS的API，但我們緻力於揭示所有RTOS背後的核心調度和管理機製。 任務與調度： 闡述任務（Task）的生命周期、上下文切換的開銷與機製。詳細分析不同調度算法（固定優先級、輪轉、優先級繼承/天花闆協議）如何解決競爭條件和優先級反轉問題，確保係統的可預測性。 同步與互斥機製： 深入探討信號量（Semaphore）、互斥鎖（Mutex）和事件標誌組（Event Flags）的設計目的與正確使用場景。強調死鎖（Deadlock）的識彆與預防策略。 內存管理與資源分配： 分析RTOS中的堆（Heap）管理策略（如靜態分配池、動態鏈錶法）及其在實時係統中的局限性。探討內存碎片化問題及其對係統長期穩定性的潛在威脅。 第六章：設備驅動與底層交互 驅動程序是連接軟件與硬件的橋梁。本章側重於構建健壯、可移植的驅動框架。 寄存器級編程實踐： 教授如何安全有效地通過內存映射I/O（Memory-Mapped I/O）來讀寫硬件寄存器，強調位域操作的原子性保證。 DMA（直接內存訪問）的優化應用： 解釋DMA控製器如何卸載CPU，實現高效的數據塊傳輸。重點分析鏈式DMA（Chained DMA）和循環緩衝區在數據采集係統中的應用。 看門狗（Watchdog）與係統復位： 講解看門狗在確保係統從異常狀態恢復中的關鍵作用，及其在不同模式（窗口看門狗、獨立看門狗）下的配置與喂狗（Kick/Feed）策略。 --- 第三部分：現代嵌入式係統的工程化挑戰 隨著係統復雜度的提升，設計方法論、係統集成和驗證測試成為決定項目成敗的關鍵因素。 第七章：係統集成與軟件架構模式 本章引導讀者從模塊化、高內聚、低耦閤的角度設計大型嵌入式軟件。 分層架構設計： 提齣清晰的軟件分層模型（硬件抽象層HAL、闆級支持包BSP、中間件、應用層），確保代碼的可移植性和維護性。 狀態機設計： 闡述有限狀態機（FSM）在處理復雜協議流程和設備模式切換中的應用，以及如何使用Harel狀態圖等工具進行可視化建模。 麵嚮對象在嵌入式中的應用與取捨： 討論C++在嵌入式環境中的優勢（如封裝、多態）和潛在的性能開銷，並提供避免虛函數、減少堆分配的“嵌入式友好”C++編碼實踐。 第八章：能效管理與低功耗設計 能源效率是移動和電池供電設備的核心指標。 功耗分析基礎： 介紹動態功耗與靜態功耗的來源，以及電流測量在實際係統中的重要性。 睡眠模式與喚醒源管理： 深入分析處理器和外設的各種低功耗模式（如休眠、深度睡眠、待機），並設計高效的喚醒邏輯，最小化進入和退齣睡眠態的延遲。 時鍾門控與電壓調節： 探討動態頻率調節（DVFS）的基本原理，以及如何通過時鍾門控技術按需關閉不使用的模塊時鍾以節省能源。 第九章：測試、驗證與可靠性工程 高質量的嵌入式産品需要嚴格的測試流程。 單元測試與集成測試： 介紹如何在無操作係統或部分模擬環境下進行嵌入式代碼的單元測試。強調對關鍵功能模塊（如定時器、中斷服務程序）的迴歸測試策略。 硬件在環（HIL）與軟件在環（SIL）仿真： 闡述如何利用仿真工具對復雜係統進行早期驗證，減少對昂貴硬件原型的依賴。 故障注入與魯棒性測試： 探討通過故意乾擾電源、模擬通信錯誤、越界訪問等方式，測試係統異常處理機製的健壯性，確保係統在非理想環境下的穩定運行。 --- 結語 本書的最終目標是培養工程師具備係統性的工程思維，使讀者不僅能“讓代碼跑起來”，更能設計齣“可靠、高效、可維護”的下一代嵌入式産品。內容覆蓋瞭從底層硬件交互到高層軟件架構的完整技術棧，為緻力於嵌入式領域深入發展的專業人員提供瞭堅實的理論基礎和實用的實踐指導。

作者簡介

溫坤禮

　　學曆
　　國立中央大學機械工程研究所係統組博士

　　經曆
　　建國工商專校電機科主任
　　建國工商專校機電光中心主任
　　中華民國灰色學會理事
　　中華民國灰色學會常務理事
　　中華民國灰色學會秘書長
　　颱灣感性資訊學會秘書長

　　現職
　　建國科技大學教授(灰色係統分析研究室)
　　颱灣灰色係統學會秘書長
　　計量管理期刊理事

第1章 作業係統的基本概念
1.1 電腦作業係統
1.1.1 什麼是電腦作業係統
1.1.2 作業係統的功能
1.1.3 作業係統的服務和用戶介麵
1.2 作業係統的內核是由中斷驅動的
1.2.1 中斷和中斷處理
1.2.2 係統時鍾的實現
1.3 進程和綫程的基本概念
1.3.1 進程
1.3.2 進程的結構
1.3.3 綫程的基本概念
1.4 進程管理
1.4.1 進程（綫程）調度
1.4.2 進程（綫程）的同步與通信
1.4.3 進程的其他管理
1.5 存儲管理
1.5.1 電腦記憶體的層次
1.5.2 存儲空間的段頁式分區
1.5.3 虛擬記憶體的概念
1.6 I/O與設備管理
1.6.1 I/O設備及其抽象
1.6.2 作業係統的設備無關性
1.6.3 作業係統對設備的管理
1.7 文件管理
1.7.1 檔、檔結構和檔係統
1.7.2 文件的管理
1.8 宏內核與微內核
1.8.1 內核
1.8.2 宏內核與微內核
1.9 作業係統的分類
1.9.1 單用戶作業係統
1.9.2 批次處理作業係統
1.9.3 分時作業係統
1.9.4 即時操作係統
1.10 作業係統的Shell
1.11 作業係統的引導和裝入

第2章 即時操作係統的基本概念
2.1 即時係統及其特點
2.1.1 什麼是即時係統
2.1.2 即時係統的特點
2.2 電腦即時操作係統
2.2.1 即時操作係統
2.2.2 關於內核的可剝奪性
2.2.3 即時調度
2.2.4 即時進程的可調度性
2.2.5 即時係統的時鍾
2.2.6 即時係統的存儲管理
2.2.7 即時係統與普通係統的比較

第3章 嵌入式係統和嵌入式即時操作係統
3.1 嵌入式係統的基本概念
3.1.1 什麼是嵌入式係統
3.1.2 嵌入式係統的發展曆程
3.1.3 嵌入式係統的特點
3.2 嵌入式即時操作係統
3.2.1 什麼是嵌入式即時操作係統
3.2.2 微內核
3.2.3 嵌入式即時操作係統的可剪裁性及其實現
3.3 常見的嵌入式即時操作係統簡介
3.3.1 常見源碼開放的嵌入式作業係統
3.3.2 常見的商業嵌入式作業係統

第4章 嵌入式即時操作係統μC/OS–II及其任務
4.1 μC/OS–II概述
4.1.1 μC/OS–II的特點
4.1.2 μC/OS–II的檔結構
4.1.3 μC/OS–II可剪裁性的實現
4.2 μC/OS–II的任務
4.3 μC/OS–II任務的存儲結構
4.4 μC/OS–II任務的狀態
4.5 μC/OS_II任務的優先順序彆
4.6 任務控製塊
4.6.1 任務控製塊的結構
4.6.2 任務控製塊鏈錶
4.7 任務堆疊
4.7.1 任務堆疊的創建
4.7.2 任務堆疊的初始化
4.8 係統任務
4.8.1 空閑任務
4.8.2 統計任務
4.9 臨界區

第5章μC/OS–II的任務管理
5.1 就緒任務的管理
5.1.1 就緒任務錶的結構
5.1.2 就緒任務錶的操作
5.2 任務的創建
5.2.1 用函數OSTaskCreate( )創建任務
5.2.2 用函數OSTaskCreateExt( )創建任務
5.2.3 創建任務的一般方法
5.3 任務的掛起和恢復
5.3.1 掛起任務
5.3.2 恢復任務
5.4 其他任務管理函數
5.4.1 任務優先級彆的修改
5.4.2 任務的刪除
5.4.3 查詢任務的資訊

第6章 μC/OS-II的任務調度
6.1 調度器OSSched( )的任務調度部分
6.2 調度器OSSched( ) 的任務切換部分
6.2.1 任務中斷點的保存
6.2.2 任務的切換
6.3 調度的時機

第7章 μC/OS-II的初始化和啓動
7.1 μC/OS-II的初始化
7.1.1 μC/OS-II需要初始化的資料結構及總體變數
7.1.2 μC/OS-II的初始化
7.2 μC/OS-II的啓動
7.3 一個示例

第8章 μC/OS-II的中斷與時鍾
8.1 μC/OS-II的中斷
8.1.1 μC/OS-II的中斷過程
8.1.2 中斷級任務切換函數
8.1.3 臨界段的處理
8.2 μC/OS-II的時鍾
8.3 μC/OS-II的時間管理
8.3.1 任務的延時
8.3.2 取消任務的延時
8.3.3 獲取和設置係統時間

第9章 任務的同步與通信
9.1 任務間的同步和事件控製塊
9.1.1 任務間的同步
9.1.2 事件
9.1.3 事件控製塊
9.2 信號量及其操作
9.2.1 信號量
9.2.2 信號量的操作
9.3 任務優先順序反轉和互斥型信號量
9.3.1 任務優先順序的反轉現象
9.3.2 互斥型信號量
9.4 消息郵箱及其操作
9.4.1 消息郵箱
9.4.2 消息郵箱的操作
9.5 消息佇列及其操作
9.5.1 消息佇列
9.5.2 消息佇列的操作

第10章 信號量集
10.1 信號量集的結構
10.1.1 信號量集的標誌組
10.1.2 等待任務鏈錶
10.1.3 對等待任務鏈錶的操作
10.2 信號量集的操作
10.2.1 創建信號量集
10.2.2 請求信號量集
10.2.3 嚮信號量集發信號
10.2.4 查詢信號量集的狀態

第11章 μC/OS-II的記憶體管理
11.1 記憶體控製塊
11.1.1 記憶體的劃分
11.1.2 記憶體控製塊OS_MEM的結構
11.1.3 空記憶體控製塊鏈錶
11.2 記憶體的管理
11.2.1 創建記憶體分區
11.2.2 請求獲得一個記憶體塊
11.2.3 釋放一個記憶體塊
11.2.4 查詢一個記憶體分區的狀態

第12章 關於μC/OS-II的其他問題
12.1 關於μC/OS-II的幾個問題
12.1.1 μC/OS-II隻是一個微內核
12.1.2 關於μC/OS-II的Shell
12.2 μC/OS-II在PC機上的測試颱
12.3 μC/OS-II在PC機上的移植
12.3.1 任務切換函數OSCtxSw( )
12.3.2 任務切換宏OS_TASK_SW( )
12.3.3 中斷級任務切換函數OSIntCtxSw( )
12.3.4 PC中Dos的係統時鍾
12.3.5 PC中μC/OS-II的係統時鍾
12.3.6 μC/OS-II係統時鍾中斷服務程式
12.3.7 在任務中安裝μC/OS-II係統時鍾的中斷嚮量
12.3.8 在任務中由μC/OS-II返迴Dos環境

第13章 基於ARM的μC/OS-II
13.1 移植規劃
13.1.1 編譯器的選擇
13.1.2 ARM7工作模式的選擇
13.2 移植
13.2.1 文件OS_CPU.H的編寫
13.2.2 文件OS_CPU_C.C的編寫
13.2.3 文件OS_CPU_A.S的編寫
13.2.4 關於中斷及時鍾節拍
13.3 移植μC/OS-II到LPC2000
13.3.1 掛接SWI軟體中斷
13.3.2 中斷及時鍾節拍中斷
13.3.3 一個基於μC/OS-II和ARM的應用程式實例

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這本書的名字聽起來就很有吸引力，"即時嵌入式係統 μc/ os-II"。我一直對嵌入式係統這個領域很感興趣，尤其是那些需要精確時間控製的係統，也就是所謂的“即時”係統。μc/ os-II 作為一個知名的實時操作係統，我早就聽說過它的名聲，據說在資源受限的嵌入式設備上錶現非常齣色。所以，當我在書店看到這本書時，毫不猶豫地就把它買瞭下來。我對於它如何能夠將“即時性”這一核心概念與 μc/ os-II 的特性相結閤進行深入的闡述抱有極大的期待。我希望這本書能提供清晰的理論講解，讓我理解實時操作係統的底層原理，比如任務調度、中斷處理、同步機製等等，並且能詳細介紹 μc/ os-II 是如何實現這些功能的。我更期待的是，書中能有大量的實踐案例，通過具體的代碼示例，讓我能夠一步步地學習如何使用 μc/ os-II 來開發實際的嵌入式係統，包括傳感器數據采集、電機控製、通信協議棧的實現等等，最好能涵蓋一些常見的應用場景，例如工業自動化、醫療設備或者消費電子産品。如果這本書能真正做到理論與實踐相結閤，能夠幫助我從入門到精通，那將是非常有價值的。

评分☆☆☆☆☆

讀到“即時嵌入式係統 μc/ os-II”這個書名，我腦海裏立刻浮現齣各種需要精準時間控製的場景，比如機器人控製、自動駕駛、甚至是高級醫療設備。μc/ os-II 作為一個久負盛名的實時操作係統，我對它在這些高要求環境中的應用充滿瞭好奇。我希望這本書能夠係統地介紹實時操作係統的基本概念，例如優先級搶占式調度、時間片輪轉調度以及各種同步機製，並詳細闡述 μc/ os-II 在這些方麵的實現細節。我特彆期待書中能提供一些具體的項目案例，展示如何利用 μc/ os-II 來構建一個完整的嵌入式係統，涵蓋從硬件選型、驅動開發到應用層邏輯的整個流程。我希望通過這些案例，能夠學習到如何有效地管理任務優先級，如何處理中斷，以及如何進行高效的任務間通信，從而確保係統能夠滿足嚴格的實時性指標。如果書中還能包含一些關於係統性能分析和優化的技巧，以及如何進行可靠性測試和驗證的方法，那這本書的價值將會大大提升。

评分☆☆☆☆☆

“即時嵌入式係統 μc/ os-II”這個書名，對我來說，就像是一扇通往高性能嵌入式開發世界的大門。我一直對微控製器編程有著濃厚的興趣，尤其是在那些需要快速響應和精確控製的應用中。μc/ os-II 作為一款經典的實時操作係統，我相信它擁有許多值得深入研究的特性。我期待這本書能夠詳細介紹 μc/ os-II 的內核是如何工作的，包括其任務調度策略、中斷響應機製以及與其他RTOS相比的優勢。我希望它能提供清晰的圖示和代碼示例，幫助我理解如何在實際項目中集成和配置 μc/ os-II。尤其讓我感興趣的是，書中會如何闡述“即時性”在 μc/ os-II 中的具體體現，以及如何通過閤理的係統設計和編程技巧來保證係統的實時性能。我希望這本書能夠教會我如何處理復雜的並發場景，如何有效地管理係統資源，以及如何進行性能優化，以應對各種嚴苛的嵌入式應用需求。如果它能提供一些關於嵌入式係統調試和故障排除的實用建議，那就更棒瞭。

评分☆☆☆☆☆

這本書的光是名字就讓我覺得它直擊核心——“即時嵌入式係統”和“μc/ os-II”。我之前接觸過一些嵌入式係統的開發，也曾嘗試過一些RTOS，但對於“即時性”這個概念，我總覺得不夠深入。這本書的齣現，讓我覺得這是一個很好的機會去係統性地理解實時係統的本質，以及 μc/ os-II 在這個領域中的具體角色。我猜想，書中應該會從基礎的實時係統理論講起，比如硬實時和軟實時的區彆，以及它們對係統設計提齣的不同要求。然後，可能會深入到 μc/ os-II 的內部機製，比如它的調度算法是如何保證任務的及時性的，以及它是如何處理優先級反轉等常見問題的。我特彆期待看到一些關於如何正確使用 μc/ os-II 的 API 來實現各種實時功能的實例，例如如何設置精確的延時，如何處理周期性任務，以及如何通過信號量或消息隊列來進行任務間的通信，同時又能保證通信的實時性。如果書中還能包含一些關於如何進行實時性測試和驗證的方法，那就更完美瞭。

评分☆☆☆☆☆

這本書的標題“即時嵌入式係統 μc/ os-II”讓我聯想到瞭一係列關於實時係統設計和微控製器編程的挑戰。作為一個在嵌入式領域摸爬滾打多年的工程師，我深知在資源極其有限的硬件平颱上實現高可靠性和精確時間響應是多麼睏難。μc/ os-II 作為一個經過時間考驗的實時操作係統內核，它在業界有著廣泛的應用，尤其是在那些對實時性要求極高的場景下。我希望這本書能夠深入探討 μc/ os-II 的架構設計，特彆是其任務管理、內存管理、中斷處理和同步機製的實現細節。我非常好奇作者會如何解釋 μc/ os-II 在保證實時性方麵所采用的獨特策略，以及如何處理並發和資源競爭的問題。另外，我也期待書中能提供一些高級的應用技巧，例如如何對 μc/ os-II 進行裁剪和優化以適應特定的硬件平颱，以及如何進行性能分析和調試，以確保係統能夠滿足嚴格的實時性要求。如果這本書能夠提供一些關於實時性度量和分析方法的指導，並且教會我如何利用 μc/ os-II 來構建健壯、高效的嵌入式應用程序，那麼它無疑會成為我工具箱裏的一件寶貴藏品。