·介绍关于嵌入式系统设计和信息物理系统设计的新方法。
·扩展至物联网、边缘/雾计算、车载网络等新领域。
·引入LoRa协议、内存保护等广受业界认可的新技术。
·补充关于安全性和防危性的讨论。
·根据技术的发展修订了大量经典案例。

本书自第1版出版至今，记录了20多年来嵌入式领域的技术变革，成为众多工程师和学生的推荐参考书。全书从组件技术的视角出发，以嵌入式系统的设计方法和过程为主线，涵盖全部核心知识点并辅以示例分析，同时贯穿着对安全、性能、能耗和可靠性等关键问题的讨论，构建起一个完整且清晰的知识体系。第5版涉及物联网、嵌入式多核等领域，引入了LoRa协议、内存保护等新内容，并且更新了大量经典案例。本书适合作为计算机、电子信息、通信工程、自动化及相关专业高年级本科生和研究生的教材，也适合相关方向的工程技术人员参考。

目　录<br /><br />译者序<br />第1版序言<br />第5版前言<br />第4版前言<br />第3版前言<br />第2版前言<br />第1版前言<br />第1章　嵌入式计算1<br />1.1　引言1<br />1.2　复杂系统与微处理器1<br />1.2.1　嵌入式计算机2<br />1.2.2　嵌入式计算应用的特点3<br />1.2.3　为什么使用微处理器4<br />1.2.4　嵌入式计算、物联网系统与<br />　　　信息物理系统5<br />1.2.5　防危性和安全性6<br />1.2.6　嵌入式系统设计的难点6<br />1.2.7　嵌入式计算系统的性能7<br />1.3　嵌入式系统设计过程8<br />1.3.1　需求9<br />1.3.2　规格说明13<br />1.3.3　体系结构设计13<br />1.3.4　设计硬件与软件组件15<br />1.3.5　系统集成15<br />1.3.6　系统设计的形式化方法15<br />1.3.7　结构描述16<br />1.3.8　行为描述20<br />1.4　设计示例：模型火车控制器22<br />1.4.1　需求23<br />1.4.2　DCC23<br />1.4.3　概念性规格说明25<br />1.4.4　详细规格说明27<br />1.4.5　经验总结32<br />1.5　本书导读32<br />1.5.1　第2章：指令集33<br />1.5.2　第3章：CPU33<br />1.5.3　第4章：计算平台33<br />1.5.4　第5章：程序设计与分析34<br />1.5.5　第6章：进程和操作系统34<br />1.5.6　第7章：系统设计技术35<br />1.5.7　第8章：物联网系统35<br />1.5.8　第9章：汽车和飞机系统36<br />1.5.9　第10章：嵌入式多处理器36<br />1.6　总结36<br />扩展阅读37<br />问题37<br />上机练习38<br />第2章　指令集39<br />2.1　引言39<br />2.2　预备知识39<br />2.2.1　计算机体系结构分类39<br />2.2.2　汇编语言41<br />2.2.3　VLIW处理器43<br />2.3　ARM处理器44<br />2.3.1　处理器和存储体系44<br />2.3.2　数据操作45<br />2.3.3　控制流程50<br />2.3.4　ARM的高级特性55<br />2.4　PICmicro中端微处理器系列55<br />2.4.1　处理器和存储体系55<br />2.4.2　数据操作56<br />2.4.3　控制流程57<br />2.5　TI C55x DSP58<br />2.5.1　处理器和存储体系59<br />2.5.2　寻址模式61<br />2.5.3　数据操作63<br />2.5.4　控制流程64<br />2.5.5　C语言编程指南65<br />2.6　TI C64x66<br />2.7　总结69<br />扩展阅读69<br />问题69<br />上机练习70<br />第3章　CPU71<br />3.1　引言71<br />3.2　I/O编程71<br />3.2.1　I/O设备71<br />3.2.2　I/O原语73<br />3.2.3　忙等I/O74<br />3.2.4　中断76<br />3.3　特权模式、异常和陷阱86<br />3.3.1　特权模式86<br />3.3.2　异常86<br />3.3.3　陷阱87<br />3.4　协处理器87<br />3.5　存储系统机制88<br />3.5.1　高速缓存88<br />3.5.2　存储管理单元和地址转换93<br />3.5.3　存储保护单元96<br />3.6　CPU的性能96<br />3.6.1　流水线技术96<br />3.6.2　高速缓存的性能100<br />3.7　CPU的功耗101<br />3.7.1　CMOS的功耗101<br />3.7.2　电源管理模式101<br />3.7.3　程序级电源管理103<br />3.8　防危性和安全性103<br />3.9　设计示例：数据压缩器105<br />3.9.1　需求和算法105<br />3.9.2　规格说明107<br />3.9.3　程序设计108<br />3.9.4　测试113<br />3.10　总结114<br />扩展阅读114<br />问题114<br />上机练习117<br />第4章　计算平台118<br />4.1　引言118<br />4.2　基本的计算平台118<br />4.2.1　平台硬件组件118<br />4.2.2　平台软件组件120<br />4.3　CPU总线121<br />4.3.1　总线结构和协议121<br />4.3.2　直接内存访问126<br />4.3.3　系统总线配置127<br />4.4　存储设备和系统129<br />4.4.1　存储系统体系130<br />4.5　I/O设备131<br />4.6　基于计算平台的系统设计133<br />4.6.1　示例平台133<br />4.6.2　选择平台135<br />4.6.3　知识产权135<br />4.6.4　开发环境136<br />4.6.5　看门狗定时器136<br />4.6.6　调试技术137<br />4.6.7　调试中的困难和挑战139<br />4.7　嵌入式文件系统140<br />4.8　平台级性能分析141<br />4.9　平台级电源管理144<br />4.10　平台安全性145<br />4.11　设计示例：闹钟146<br />4.11.1　需求146<br />4.11.2　规格说明147<br />4.11.3　系统体系结构150<br />4.11.4　组件设计和测试152<br />4.11.5　系统集成和测试152<br />4.12　设计示例：喷气发动机控制器152<br />4.12.1　操作原理和要求152<br />4.12.2　规格说明152<br />4.12.3　系统体系结构153<br />4.12.4　组件设计153<br />4.12.5　系统集成和测试154<br />4.13　总结154<br />扩展阅读154<br />问题154<br />上机练习156<br />第5章　程序设计与分析157<br />5.1　引言157<br />5.2　嵌入式程序的组件157<br />5.2.1　状态机157<br />5.2.2　循环缓冲区和面向流的<br />　　　程序设计159<br />5.2.3　队列与生产者/消费者系统163<br />5.3　程序模型165<br />5.3.1　数据流图165<br />5.3.2　控制/数据流图167<br />5.4　汇编、链接和加载168<br />5.4.1　汇编器169<br />5.4.2　链接172<br />5.4.3　目标代码设计173<br />5.5　编译技术174<br />5.5.1　编译过程174<br />5.5.2　基本编译方法175<br />5.5.3　编译器优化方法181<br />5.6　程序级性能分析187<br />5.6.1　程序性能分析188<br />5.6.2　测量驱动的性能分析192<br />5.7　软件性能优化194<br />5.7.1　循环的基本优化195<br />5.7.2　面向高速缓存的循环优化196<br />5.7.3　性能优化策略198<br />5.8　程序级的能量和功率分析及优化199<br />5.9　程序大小的分析和优化201<br />5.10　程序验证和测试202<br />5.10.1　白盒测试202<br />5.10.2　黑盒测试207<br />5.10.3　功能性测试208<br />5.11　防危性和安全性209<br />5.12　设计示例：软件调制解调器210<br />5.12.1　操作原理和需求210<br />5.12.2　规格说明212<br />5.12.3　系统体系结构212<br />5.12.4　组件设计和测试213<br />5.12.5　系统集成和测试213<br />5.13　设计示例：数码相机213<br />5.13.1　操作原理和需求214<br />5.13.2　规格说明217<br />5.13.3　系统体系结构219<br />5.13.4　组件设计和测试221<br />5.13.5　系统集成和测试221<br />5.14　总结221<br />扩展阅读221<br />问题222<br />上机练习227<br />第6章　进程和操作系统228<br />6.1　引言228<br />6.2　多任务和多进程229<br />6.3　多速率系统230<br />6.3.1　进程的时间约束232<br />6.3.2　CPU使用效率度量标准235<br />6.3.3　进程状态和调度235<br />6.3.4　运行周期性进程236<br />6.4　抢占式实时操作系统238<br />6.4.1　两个基本概念238<br />6.4.2　进程和上下文239<br />6.4.3　进程和面向对象设计241<br />6.5　基于优先级的调度242<br />6.5.1　单调速率调度243<br />6.5.2　最早截止时限优先调度246<br />6.5.3　RMS与EDF的比较249<br />6.5.4　共享资源、互斥锁和信号量249<br />6.5.5　优先级反转251<br />6.5.6　低功耗调度252<br />6.5.7　对模型假设的进一步分析252<br />6.5.8　事件和偶发任务254<br />6.6　进程间通信机制255<br />6.6.1　共享内存通信255<br />6.6.2　消息传递256<br />6.6.3　信号257<br />6.6.4　信箱257<br />6.7　评估操作系统性能258<br />6.8　POSIX实时操作系统示例261<br />6.9　设计示例：发动机控制单元262<br />6.9.1　操作原理和需求262<br />6.9.2　规格说明263<br />6.9.3　系统体系结构264<br />6.9.4　组件设计和测试265<br />6.9.5　系统集成和测试265<br />6.10　总结265<br />扩展阅读266<br />问题266<br />上机练习270<br />第7章　系统设计技术271<br />7.1　引言271<br />7.2　设计方法271<br />7.2.1　为什么需要设计方法271<br />7.2.2　嵌入式计算系统设计方法273<br />7.3　需求分析和规格说明274<br />7.3.1　需求获取274<br />7.3.2　从需求到规格说明276<br />7.3.3　验证规格说明277<br />7.4　系统建模278<br />7.4.1　基于模型的设计278<br />7.4.2　UML建模扩展语言281<br />7.5　系统分析和体系结构设计284<br />7.5.1　设计模式284<br />7.5.2　事务级建模285<br />7.6　可靠性、防危性和安全性285<br />7.6.1　质量保证技术286<br />7.6.2　设计审查287<br />7.6.3　面向防危性的设计方法288<br />7.6.4　安全性291<br />7.7　总结292<br />扩展阅读292<br />问题292<br />上机练习293<br />第8章　物联网系统294<br />8.1　引言294<br />8.2　IoT系统应用294<br />8.3　IoT系统体系结构295<br />8.4　IoT网络297<br />8.4.1　OSI模型297<br />8.4.2　IP298<br />8.4.3　IoT网络的概念299<br />8.4.4　蓝牙和低功耗蓝牙301<br />8.4.5　802.15.4和ZigBee304<br />8.4.6　WiFi305<br />8.4.7　LoRa306<br />8.5　数据库和时间轮306<br />8.5.1　数据库306<br />8.5.2　时间轮308<br />8.6　示例：智能家居?309<br />8.7　总结311<br />扩展阅读311<br />问题311<br />上机练习312<br />第9章　汽车和飞机系统313<br />9.1　引言313<br />9.2　汽车中的嵌入式系统用例313<br />9.2.1　汽车中的网络物理系统313<br />9.2.2　辅助驾驶系统和自动驾驶314<br />9.3　汽车和飞机中的网络控制系统314<br />9.3.1　网络设备315<br />9.3.2　车载网络体系结构316<br />9.4　车载网络317<br />9.4.1　CAN总线317<br />9.4.2　其他汽车网络319<br />9.5　防危性和安全性321<br />9.6　总结323<br />扩展阅读323<br />问题324<br />上机练习324<br />第10章　嵌入式多处理器325<br />10.1　引言325<br />10.2　为什么需要多处理器325<br />10.3　多处理器的种类327<br />10.4　MPSoC和共享内存多处理器328<br />10.4.1　异构共享内存多处理器328<br />10.4.2　加速器329<br />10.4.3　加速器性能分析330<br />10.4.4　调度和分配333<br />10.4.5　系统集成334<br />10.4.6　调试337<br />10.5　设计示例：视频加速器338<br />10.5.1　视频压缩338<br />10.5.2　算法和需求339<br />10.5.3　规格说明341<br />10.5.4　系统体系结构341<br />10.5.5　组件设计343<br />10.5.6　系统测试343<br />10.6　总结343<br />扩展阅读344<br />问题344<br />上机练习345<br />术语表346<br />参考文献360