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本書的出發(fā)點(diǎn)是嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，因此涉及面比較廣，為了控制篇幅，很多內(nèi)容點(diǎn)到為止，但可以起到拋磚引玉的作用。本書首先對(duì)嵌入式系統(tǒng)做了定義，然后圍繞該定義展開。全書分為三篇，第壹篇側(cè)重于基礎(chǔ)應(yīng)用知識(shí)；第二篇是基于第壹篇的高階應(yīng)用知識(shí)，主要針對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)；第三篇相對(duì)獨(dú)立，對(duì)目前非常流行的低功耗藍(lán)牙原理和應(yīng)用做了介紹。本書的每一篇都有多個(gè)對(duì)應(yīng)的例程，并使用了多種常見的軟硬件。本書不但適合嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的職場(chǎng)新手，也適合有一定經(jīng)驗(yàn)的嵌入式系統(tǒng)研發(fā)工程師學(xué)習(xí)和參考，還可以作為自動(dòng)控制、通信、應(yīng)用電子、機(jī)電一體化等專業(yè)的教學(xué)用書。

前言
為什么要寫這本書新入職的應(yīng)屆生往往很難快速融入嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)工作，甚至對(duì)嵌入式系統(tǒng)的概念都模糊不清。反觀自己20年的嵌入式系統(tǒng)研發(fā)經(jīng)歷，也曾有過一段漫長(zhǎng)的適應(yīng)期，而且還走過不少?gòu)澛�。所以，筆者初的寫作目的就是給新入職的應(yīng)屆生提供一份面向?qū)嶋H工作、低門檻、系統(tǒng)性的內(nèi)部培訓(xùn)資料。在后來的培訓(xùn)實(shí)踐中，這份資料獲得了不錯(cuò)的效果，受到廣泛好評(píng)，于是筆者決定將其整理成書。本書特點(diǎn)首先，本書面向?qū)嶋H工作，非常強(qiáng)調(diào)實(shí)用性。本書充分結(jié)合實(shí)際工作場(chǎng)景，綜合了很多項(xiàng)目實(shí)踐中容易遇到的問題，目標(biāo)是培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)研發(fā)工程師，因此包含硬件、軟件等方面的實(shí)用內(nèi)容，可稱之為軟硬不分家。其次，本書由淺入深，注重讀者需求和閱讀體驗(yàn)，并力求使用幽默、通俗的語言來進(jìn)行講解，通過類比等方法讓讀者更快地理解理論知識(shí)，輕松學(xué)習(xí)相關(guān)技能。本書內(nèi)容本書分為三篇，三篇內(nèi)容相互獨(dú)立，又層層遞進(jìn)。篇是核心篇，針對(duì)基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)概念和運(yùn)行原理等進(jìn)行闡述，包括單片機(jī)架構(gòu)、匯編語言、單片機(jī)外圍、單片機(jī)開發(fā)環(huán)境、單片機(jī)如何運(yùn)行、C語言、印制電路板設(shè)計(jì)等內(nèi)容；第二篇是RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)），講解了RTOS的原理及使用方法，包括RTOS原理、RT-Thread環(huán)境搭建、線程、內(nèi)存管理、中斷管理、Env輔助開發(fā)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)框架等內(nèi)容；第三篇是BLE（低功耗藍(lán)牙），選取了的BLE來闡述其原理和使用方法，包括BLE版本情況、BLE協(xié)議棧、物理層、直接測(cè)試模式、邏輯鏈路控制與適配協(xié)議、通用屬性配置與屬性協(xié)議、安全管理、通用訪問配置等內(nèi)容。本書立足實(shí)用性，因此還有大量的配套資料和例程可供學(xué)習(xí)。讀者對(duì)象本書主要面向有一定專業(yè)背景（如單片機(jī)、C語言基礎(chǔ)等），但缺乏工作經(jīng)驗(yàn)的在校學(xué)生以及新入職的嵌入式系統(tǒng)研發(fā)相關(guān)人員，幫助他們系統(tǒng)性地梳理嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，快速和實(shí)際工作接軌。相關(guān)專業(yè)包括自動(dòng)控制、通信、應(yīng)用電子、機(jī)電一體化等。如果讀者毫無經(jīng)驗(yàn)，可以按順序閱讀，但對(duì)于有一些經(jīng)驗(yàn)的讀者，可以挑選自己感興趣的篇章進(jìn)行閱讀。致謝感謝上海麥?zhǔn)亢陀栊究萍冀o予的充分信任和支持，讓筆者能將工作、學(xué)習(xí)所得整理成書；感謝雅特力科技（重慶）有限公司、RT-Thread以及上海巨微集成電路有限公司在技術(shù)層面給予的大力支持，讓本書更具實(shí)用性；還要感謝在本書編寫過程中給予建議和幫助的同事祁卿麟、李通越、戴一村等。

前言
篇核心篇
第1章麻雀雖小，五臟俱全什么是嵌入式系統(tǒng)2
1.1 嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)3
1.2 MCU架構(gòu)4
1.3 內(nèi)核架構(gòu)7
第2章大腦是人類與動(dòng)物的主要區(qū)別所在單片機(jī)架構(gòu)9
2.1 計(jì)算機(jī)的發(fā)展9
2.2 單片機(jī)只能理解二進(jìn)制語言11
2.3 輸入/輸出設(shè)備12
2.4 什么是總線13
2.5 數(shù)字電路大廈的磚塊鎖存器15
第3章象形文字的出現(xiàn)匯編語言18
3.1 為何要了解匯編語言18
3.2 寄存器介紹18
3.3 什么是棧19
3.4 與棧的使用相關(guān)的四大原則22
3.5 其他內(nèi)核寄存器23
3.6 常用匯編指令25
第4章五臟六腑單片機(jī)外圍26
4.1 時(shí)鐘單片機(jī)的心臟26
4.2 標(biāo)配外圍1Timer27
4.3 標(biāo)配外圍2I2C總線接口29
4.4 標(biāo)配外圍3UART/USART接口32
4.5 標(biāo)配外圍4SPI33
4.6 標(biāo)配外圍5DMA控制器36
4.7 標(biāo)配外圍6GPIO37
4.8 擴(kuò)展外圍1I2S控制器38
4.9 擴(kuò)展外圍2USB控制器40
4.10 擴(kuò)展外圍3以太網(wǎng)控制器42
4.11 擴(kuò)展外圍4CAN控制器43
第5章單片機(jī)開發(fā)環(huán)境44
5.1 開發(fā)環(huán)境安裝44
5.2 認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)板50
5.3 下載和調(diào)試53
第6章大腦怎么思考單片機(jī)如何運(yùn)行57
6.1 從分析編譯錯(cuò)誤開始57
6.2 從匯編文件中探索59
第7章現(xiàn)代語言的產(chǎn)生 C語言70
7.1 解決編譯錯(cuò)誤71
7.2 復(fù)習(xí)一下C語言77
7.3 指針、結(jié)構(gòu)體和鏈表80
第8章 Hello, World！95
8.1 單片機(jī)怎么實(shí)現(xiàn)printf()95
8.2 串口的使用97
第9章中斷99
9.1 中斷是事件驅(qū)動(dòng)的核心99
9.2 異常和中斷99
9.3 按鍵中斷102
目錄嵌入式系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)指南：面向IoT應(yīng)用第10章 I2C總線實(shí)驗(yàn)107
10.1 看一下原理圖107
10.2 看一下數(shù)據(jù)手冊(cè)108
10.3 準(zhǔn)備一個(gè)新的工程112
10.4 開始工作115
第11章其他總線實(shí)驗(yàn)131
11.1 SPIM之分散加載實(shí)驗(yàn)131
11.2 SPI總線實(shí)驗(yàn)137
11.3 USB總線實(shí)驗(yàn)144
第12章 DAC原理和實(shí)踐154
12.1 DAC原理154
12.2 DAC實(shí)驗(yàn)155
第13章 ADC原理和實(shí)踐162
13.1 逐次逼近型ADC原理163
13.2 ADC實(shí)驗(yàn)164
第14章什么是傅里葉變換170
14.1 復(fù)變函數(shù)170
14.2 傅里葉級(jí)數(shù)171
14.3 傅里葉變換173
14.4 快速傅里葉變換175
第15章傅里葉變換的C語言實(shí)現(xiàn)180
15.1 程序解析181
15.2 測(cè)試和分析188
第16章印制電路板設(shè)計(jì)（PCB Layout）193
16.1 硬件設(shè)計(jì)從熟悉器件開始194
16.2 開始畫板子196
第二篇 RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）
第17章人類吃了智慧果后做的件事是用樹葉做了件衣服RTOS原理241
17.1 RTOS的發(fā)展241
17.2 RTOS的基本原理242
第18章巧婦難為無米之炊RT-Thread環(huán)境搭建245
18.1 工具軟件準(zhǔn)備245
18.2 編譯工程251
18.3 調(diào)試工程253
第19章障眼法RTOS如何實(shí)現(xiàn)分身術(shù)256
19.1 線程調(diào)度256
19.2 創(chuàng)建用戶線程261
第20章三頭六臂一起做幾個(gè)多線程的例程264
20.1 創(chuàng)建三個(gè)線程264
20.2 如何觀察線程調(diào)度情況267
第21章團(tuán)結(jié)就是力量線程之間的同步和通信270
21.1 線程同步270
21.2 線程通信274
第22章開始燒腦RTOS實(shí)踐案例278
22.1 互斥量測(cè)試279
22.2 消息隊(duì)列和郵箱測(cè)試283
第23章節(jié)約是美德內(nèi)存管理288
23.1 內(nèi)存堆管理289
23.2 內(nèi)存池管理292
23.3 內(nèi)存堆與內(nèi)存池的區(qū)別293
23.4 動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配實(shí)踐293
第24章家中有糧，心里不慌中斷管理296
24.1 運(yùn)行模式和棧296
24.2 RTT中斷處理過程297
24.3 RTT按鍵中斷處理實(shí)例299
第25章乾坤大挪移內(nèi)核移植304
25.1 線程調(diào)度的原理304
25.2 移植相關(guān)內(nèi)容306
第26章工欲善其事，必先利其器Env輔助開發(fā)環(huán)境和FinSH控制臺(tái)320
26.1 獲取和配置320
26.2 使用和理解FinSH324
第27章個(gè)人的一小步，人類的一大步I/O設(shè)備管理330
27.1 I/O設(shè)備管理框架330
27.2 串口設(shè)備的管理332
27.3 GPIO的管理341
27.4 SPI設(shè)備管理344
27.5 I2C設(shè)備管理350
27.6 硬件Timer的使用353
第28章一人之下，萬人之上虛擬文件系統(tǒng)356
28.1 RTT文件系統(tǒng)介紹356
28.2 文件系統(tǒng)的掛載357
28.3 格式化359
28.4 實(shí)驗(yàn)361
第29章萬物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)框架367
29.1 RTT網(wǎng)絡(luò)框架367
29.2 網(wǎng)絡(luò)套接字371
29.3 套接字編程實(shí)例375
第三篇 BLE（低功耗藍(lán)牙）
第30章藍(lán)牙初探380
30.1 藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟381
30.2 歷史版本382
30.3 歷史版本更新383
30.4 常用無線協(xié)議比較394
第31章 BLE協(xié)議棧初探398
31.1 定義398
31.2 作用398
31.3 傳播媒介399
31.4 傳輸單位399
31.5 結(jié)構(gòu)399
第32章物理層（Physical Layer，PHY）403
32.1 PHY403
32.2 頻段（Band）403
32.3 頻道（Channel）404
32.4 射頻公差（Radio Frequency Tolerance）404
32.5 發(fā)射功率（Transmission Power）404
32.6 接收靈敏度（Receive Sensitivity）405
第33章直接測(cè)試模式（Direct Test Mode，DTM）406
33.1 重要性406
33.2 使用方法411
33.3 測(cè)試項(xiàng)目412
33.4 實(shí)際問題413
第34章鏈路層（Link Layer，LL）415
34.1 BLE設(shè)備地址（Device Address）415
34.2 物理頻道（Physical Channel）417
34.3 狀態(tài)（State）419
34.4 空中接口包（Air Interface Packet）格式420
34.5 Advertising Physical Channel PDU423
34.6 廣播事件（Advertising Event）429
34.7 建立連接（Connection Setup）435
34.8 Data Physical Channel PDU437
34.9 連接事件（Connection Event）440
34.10 連接參數(shù)（Connection Parameter）441
第35章主機(jī)控制器接口（Host Controller Interface，HCI）447
第36章邏輯鏈路控制與適配協(xié)議（Logical Link Control and Adaptation Protocol，
L2CAP）449
第37章通用屬性配置（Generic Attribute Profile，GATT）與屬性協(xié)議
（Attribute Protocol，ATT）451
37.1 Server與Client451
37.2 配置文件（Profile）與屬性（Attribute）452
第38章安全管理（Security Manager，SM）463
38.1 被動(dòng)竊聽與主動(dòng)竊聽463
38.2 密鑰（Key）與編碼（Encryption）464
38.3 配對(duì)（Pairing）465
第39章通用訪問配置（Generic Access Profile，GAP）475
39.1 角色（Role）476
39.2 設(shè)備地址（Device Address）與設(shè)備名稱（Device Name）477
39.3 廣播數(shù)據(jù)包格式477
39.4 發(fā)現(xiàn)模式與程序（Discovery Modes and Procedures）477
39.5 安全模式（Security Mode）478
第40章 BLE編程實(shí)例479
40.1 設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)479
40.2 硬件480
40.3 軟件480
40.4 準(zhǔn)備工作480
40.5 編程實(shí)例484
40.6 習(xí)題500

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