图书前言

青年学生与实践工程师普遍存在这样一个误解:嵌入式系统设计就是编写C代码。这样的理解是完全错误的,这里必须强调——嵌入式系统设计是指设计嵌入式硬件,并使用C语言或其他支持语言设计嵌入式固件,然后对硬件和固件进行系统集成,并对系统功能进行测试。

嵌入式系统设计是电子工程领域中一个非常专业的分支,该分支集合了电子学的技术优势与机械工程的专业设计技术,将前沿科技和高端产品引入多个不同领域,如消费类电子产品、无线电通信、汽车、零售行业以及银行业等。嵌入式系统是计算机硬件与软件的整合体,其中,软件编程用于开发专用的计算机系统,设计执行一项或多项特定功能。

嵌入式产业在全球范围内提供了大量工作机会。嵌入式系统设计是一门艺术,需要有能力的人才迎接其设计挑战,并时刻关注产品设计的时间范围。嵌入式产业当今面临的最大挑战就是该领域缺乏拥有熟练技术的人员。虽然电子与计算机科技工程专业的大多数大学毕业生有天赋也有才能,但他们在嵌入式领域缺少正确的培训,往往对嵌入式系统缺乏必需的理解。此外,缺少合适的学习教材与读物也是造成上述危机的主要原因之一。尽管业界已经出版了许多介绍嵌入式技术的书籍,但这些书籍往往并未使用简明易懂的系统化方法向读者普及嵌入式系统的基础知识;这些书籍更多是从深奥的专业领域入手,只适用于专业对口的实践工程师。

本书是一本入门书籍,向学生全面介绍了嵌入式系统,并且可以作为实践工程师与项目经理的技术指南,开创了此类书籍的先河。本书可以用作计算机科学与工程、信息技术、电气工程、电子学与通信工程、仪表与控制工程等专业的本科教程,也可以作为计算机科学/信息技术/电子学专业的理学学士/理学硕士/工学硕士、计算机应用硕士以及备考印度计算机等级考试(DOEACC)B级的学生的重要参考资料。

本书介绍嵌入式系统的基础知识、嵌入式硬件与固件的设计与开发步骤(包括硬件与固件的系统集成)以及嵌入式系统开发的生命周期管理知识。第1章~第4章介绍嵌入式系统的基本知识。第5章~第13章介绍有关嵌入式硬件与固件设计的进阶知识,对于嵌入式系统的实践工程师来说,这些知识是非常有帮助的。第15章说明了嵌入式系统设计的生命周期,该章的内容对实践工程师和项目经理都是有益的。每章开头列出学习目标,然后使用简明的文字说明以及大量的表格、图例、例题解答来阐明相应概念。每章的末尾列出重要知识点,其中包括本章小结、重要术语、课后习题(多项选择题)以及复习题。为了方便学生在实验室也能进行相关的实验,本书还在相关章节提供了实验练习题。本书附录介绍了PIC与AVR系列微控制器,以及ARM处理器,列举了贴近实际的最新嵌入式设计案例,将使你受益匪浅。

本书主要特色如下:

● 给出了学习嵌入式系统的全新方法。本书将嵌入式系统视为一个整体,说明其定义、组成结构、注意事项以及嵌入式系统设计的完整过程与方法。

● 采用面向设计与面向开发的方法,详细说明Keil Micro Vision(即嵌入式系统/集成开发环境)、ORCAD(PCB设计软件工具)以及PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)制造技术。

● 列举实际应用,比如洗衣机、汽车、步进电机以及其他输入/输出设备接口电路。

● 基于嵌入式C语言的编程概念,深入研究基础知识,揭示更高级的概念。

● 全面描述8051微控制器架构以及汇编语言编程。

● 详细说明RTOS内部机理、多任务、任务管理、任务调度、任务通信与同步。对于各种任务调度策略都列举了大量的相关实例。

● 全面说明MicroC/OS-II与VxWorks的RTOS内核。

● 行文清晰易懂,着重强调实例与图表。

● 对于不是很熟悉嵌入式系统及其应用的实践工程师来说,本书是非常有用的参考书。

● 丰富的教学特色,包括课后习题、实验练习题、例题解答以及复习题。

感兴趣的学生、教师以及专业人员可以进一步访问本书在互联网上的在线学习中心——http://www.mhhe.com/shibu/es2e。该网址提供了与本书相关的有价值的学习资料。

在线学习中心为教师提供了以下资料:

● 各章的PowerPoint幻灯片

● 有关嵌入式编程语言C++/Java的简要介绍

● 书中给出的学习案例

● 各章的习题参考答案

● 小问题与小测验,包括填空题、判断题和多项选择题(共25道题),以及附带答案的编程题(共5道题,难度级别较高)

● 与各章内容相关的重要网址及文字材料的链接

● 数字步数计

● Micro/OSIII

● 用TI MSP430 RISC微控制器进行设计

在线学习中心为学生提供了以下资料:

● 各章的内容提要

● 有关嵌入式编程语言C++/Java的简要介绍

● 书中给出的学习案例

● 本书课后习题与部分复习题的答案,以及各章实验练习题的提示

● 数字步数计

● Micro/OSIII的其他详细阅读材料

● 用TI MSP430 RISC微控制器进行设计

● 小问题与自测题,包括填空题、判断题和多项选择题(共25道题),以及附带答案的编程题(共5道题,难度级别容易/中等)

● 项目概念清单

● 与各章内容相关的重要网址及文字材料的链接

有兴趣获取这些信息的读者,可填写书末的“麦格劳-希尔教育教师服务表”,与销售代表联系获取。

本书的编写完全基于我在嵌入式硬件与固件设计领域多年工作的知识积累,以及在嵌入式系统生命周期管理方面掌握的专业技术。书中使用了一些摘自互联网的文字描述与图像,作者已经事先与相关作者或网站取得联系,并获得了版权许可。

关于器件的设计参考和数据手册(包括本书相关应用实例引用的参数),都摘自下面的网址。通过访问这些网址,读者可以获得相关设计文章的更新以及更多信息。此外,读者还可以从这些网站订购一些免费的样例,从而方便自己的设计。

www.intel.com              Intel公司

www.maxim-ic.com          Maxim/Dallas半导体公司

www.atmel.com             Atmel公司

www.analog.com            AD公司

www.microchip.com          Microchip技术公司

www.ti.com                TI公司

www.nxp.com               NXP半导体公司

www.national.com           National半导体公司

www.fairchildsemi.com       Fairchild半导体公司

www.intersil.com            Intersil公司

www.freescale.com           Freescale半导体公司

www.xilinx.com             Xilinx公司(提供可编程器件)

www.orcad.com             Cadence系统公司(提供Orcad工具)

www.keil.com               Keil公司(提供Micro Vision 3 IDE)

www.embedded.com         《在线嵌入式》杂志

www.electronicdesign.com    《电子设计》杂志

我非常期待你给本书提出建议,以改进本书,请将建议发送到info.india@mheduction.com。请在标题行里添加本书的书名和作者。祝你拥有愉快的职业生涯!

本书编排形式

学习目标

每章开头都列出学习目标,读者在掌握了该章内容后,应该能够达到这些学习目标。

学习目标标记

每章的这个内容表示本章要达到哪个特定的学习目标,还帮助学生确定章节对这些目标的重要性。

节和小节

每章都分为节和小节,以便在学习概念的过程中有条理地研究各个主题。

例题解答

例题解答出现在各章节合适的位置,有助于读者理解嵌入式硬件与固件设计的基本原理。

照片

重要概念、设计与架构的照片向读者直观展示了相应的实物。

图示说明

准确有效的图示说明向读者展示了嵌入式系统设计中的概念、设计问题及步骤。

小结与重要术语

每章的最后是带有学习目标的小结,重温该章各主题的要点,重要术语则列出了该章重要的术语说明。

课后习题与复习题

通过以多项选择的方式解答课后习题,读者可以评测自己的学习情况。通过解答复习题,学生可以进一步应用和结合该章的内容。它们加上了该章的学习目标标记。

实验练习题

为指导学生在实验室更好地开展实验,在相关章节的末尾给出了实验练习题。

研究案例

本书末尾给出了4个研究案例,展示了理论概念的应用。

各种微处理器和控制器系列的附录说明

附录简单介绍了PIC系列微控制器、AVR系列微控制器以及ARM处理器。