具體描述
				
				
					
內容簡介
   《數字邏輯設計及應用知識要點與習題解析(中英文版)》與《數字設計――原理與實踐(第4版)》(John F. Wakerly,林生 等譯,2007)、《數字設計――原理與實踐(第4版,英文影印版)》(John F. Wakerly,2007)或《數字邏輯設計及應用》(雙語教材,薑書艷主編,2014)配套使用。本習題集的編寫緊扣教材的能力目標要求,既注重基礎知識的鞏固,又強調基本能力的培養。全書共8章內容,包括數製與編碼、邏輯代數基礎、邏輯門電路、組閤邏輯設計原理、組閤邏輯設計實踐、存儲電路、時序邏輯設計原理、時序邏輯設計實踐等。每章包括:知識要點、典型例題解析、習題、習題解答、Exercises和Exercises Solutions六方麵內容。本習題集題型豐富,難易適中,對鞏固課堂知識、提高學生分析問題和解決問題的能力有較好的幫助。     作者簡介
   薑書艷,副教授,電子科技大學自動化學院。獲得院級優秀主講教師,校級優秀主講教師,學校骨乾教師,“最受學生歡迎的基礎課”教師托普二等奬,校級優秀教學成果二等奬,院級“教學管理優秀”奬(個人),電子科技大學多媒體課件展評優秀奬,校級“德育先進工作者”,電子科技大學學報優秀論文(第一作者)。     目錄
   目    錄
第1章  數製與編碼(Number Systems and Codes) 1
一、知識要點 1
二、典型例題解析 1
三、習題 5
四、習題解答 6
V. Exercises 8
VI.Exercises Solutions 9
第2章  邏輯代數基礎(Basis of Logic Algebra) 11
一、知識要點 11
二、典型例題解析 11
三、習題 22
四、習題解答 24
V. Exercises 31
VI.Exercises Solutions 34
第3章  邏輯門電路(Logic Gates Circuits) 42
一、知識要點 42
二、典型例題解析 42
三、習題 46
四、習題解答 48
V. Exercises 52
VI.Exercises Solutions 55
第4章  組閤邏輯設計原理(Combinational Logic Design Principles) 59
一、知識要點 59
二、典型例題解析 59
三、習題 66
四、習題解答 69
V. Exercises 81
VI.Exercises Solutions 84
第5章  組閤邏輯設計實踐(Combinational Logic Design Practices) 96
一、知識要點 96
二、典型例題解析 96
三、習題 102
四、習題解答 103
V. Exercises 109
VI.Exercises Solutions 110
第6章  存儲電路(Memory Circuits) 116
一、知識要點 116
二、典型例題 117
三、習題 124
四、習題解答 129
V. Exercises 135
VI.Exercises Solutions 140
第7章  時序邏輯設計原理(Sequential Logic Design Principles) 149
一、知識要點 149
二、典型例題解析 149
三、習題 163
四、習題解答 166
V. Exercises 173
VI.Exercises Solutions 176
第8章  時序邏輯設計實踐(Sequential Logic Design Practices) 185
一、知識要點 185
二、典型例題解析 185
三、習題 201
四、習題解答 203
V. Exercises 213
VI.Exercises Solutions 216
附錄A  2014年電子科技大學本科生期末考試A、B捲及參考解答 225
電子科技大學2013―2014學年第二學期期末考試A捲 225
電子科技大學2013―2014學年第二學期期末考試A捲參考解答 231
電子科技大學2013―2014學年第二學期期末考試B捲 234
電子科技大學2013―2014學年第二學期期末考試B捲參考解答 238
參考文獻     242      前言/序言
       
				
				
				
					《嵌入式係統原理與實踐》  簡介  本書深入探討瞭嵌入式係統的核心原理、關鍵技術及其在實際應用中的部署策略。本書旨在為讀者構建一個堅實的基礎,使其能夠理解、設計、開發和維護各類嵌入式係統,從簡單的微控製器應用到復雜的分布式嵌入式網絡。  第一部分:嵌入式係統基礎  本部分將為讀者打下堅實的理論基礎,重點介紹嵌入式係統的定義、特點、發展曆程及其在現代科技中的重要地位。我們將從最基本的層麵齣發,逐步深入。     第一章:嵌入式係統概述        1.1 什麼是嵌入式係統?            定義與核心要素:嵌入式係統是指嵌入到較大係統中,為特定功能服務的計算機係統。它通常具有實時性、可靠性、功耗要求低、體積小、成本低等特點。            嵌入式係統與通用計算機的區彆:功能專一性、軟硬件緊耦閤、資源受限性、實時性要求高等。            嵌入式係統的組成:硬件(微處理器/微控製器、存儲器、輸入/輸齣接口、傳感器、執行器等)和軟件(操作係統、驅動程序、應用軟件)。        1.2 嵌入式係統的特點            實時性:係統必須在嚴格的時間限製內完成任務。區分硬實時和軟實時。            可靠性:嵌入式係統通常需要長期穩定運行,對故障容錯能力要求高。            功耗管理:尤其在移動和電池供電設備中,功耗優化至關重要。            體積與成本:通常要求尺寸緊湊且製造成本低廉。            交互性:與物理世界進行交互,通常需要連接傳感器和執行器。            網絡化:許多嵌入式係統需要與其他設備或係統進行通信。        1.3 嵌入式係統的發展曆程與應用領域            早期發展:從簡單的控製器到專用集成電路(ASIC)的演變。            微處理器/微控製器技術的進步:ARM、MIPS、RISC-V等架構的崛起。            軟件技術的革新:實時操作係統(RTOS)的發展,Linux在嵌入式領域的應用。            物聯網(IoT)的興起:連接性、數據處理和智能化對嵌入式係統的需求。            廣泛的應用領域:消費電子(智能手機、傢電)、汽車電子(ECU、ADAS)、工業自動化(PLC、SCADA)、醫療設備、航空航航天、通信設備等。        1.4 嵌入式係統開發流程            需求分析與係統設計。            硬件選型與電路設計。            軟件開發(驅動、RTOS、應用)。            係統集成與測試。            部署與維護。        1.5 嵌入式係統開發工具鏈            交叉編譯工具鏈(Cross-compilation toolchain)。            集成開發環境(IDE)。            調試器(Debugger):硬件調試器(JTAG, SWD)和軟件調試器。            仿真器(Emulator)和模擬器(Simulator)。            邏輯分析儀、示波器等硬件測試設備。     第二章:嵌入式微處理器與微控製器        2.1 微處理器(MPU)與微控製器(MCU)的區彆與聯係            MPU:通常是CPU核心,需要外部存儲器和外設。            MCU:將CPU、存儲器和各種外設集成在一顆芯片上,通常用於控製應用。            SoC(System-on-Chip):將更多的功能模塊集成到一顆芯片上,是MPU和MCU的結閤體,更加強大和集成。        2.2 常見的嵌入式處理器架構            ARM架構:                ARMv7-A, ARMv8-A等指令集架構。                Cortex-A, Cortex-R, Cortex-M係列處理器核心的特點與應用場景。                ARM的授權模式與生態係統。            MIPS架構:                RISC指令集。                在嵌入式領域曾經的廣泛應用。            RISC-V架構:                開放標準指令集架構。                模塊化設計,可定製性強,在開源社區中的發展。            x86架構:                在高性能嵌入式和工業PC中的應用。        2.3 嵌入式處理器關鍵技術指標            主頻(Clock Speed)。            指令集架構(ISA)。            流水綫(Pipeline)和超標量(Superscalar)技術。            緩存(Cache):L1, L2, L3緩存。            內存接口(Memory Interface):DDR, SDRAM等。            總綫接口(Bus Interface):AHB, AXI等。            功耗。            片上外設(On-chip peripherals)。        2.4 嵌入式微控製器(MCU)的片上外設            通用輸入/輸齣(GPIO)口。            定時器/計數器(Timers/Counters)。            模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)。            脈衝寬度調製(PWM)發生器。            通信接口:UART, SPI, I2C, CAN, USB, Ethernet等。            中斷控製器(Interrupt Controller)。            DMA(Direct Memory Access)控製器。        2.5 嵌入式處理器與微控製器的選型考量            性能需求:處理速度、內存帶寬。            功耗預算。            成本。            開發生態與支持。            所需的片上外設。            尺寸和封裝。            可靠性要求。     第三章:嵌入式存儲器與總綫        3.1 嵌入式存儲器類型            內存(RAM):                SRAM:速度快,成本高,易失性。                DRAM:容量大,成本低,需要刷新,易失性。                SDRAM, DDR SDRAM, LPDDR:不同代際的DRAM技術。            隻讀存儲器(ROM):                Mask ROM:一次寫入,成本低,用於大批量生産。                PROM, EPROM, EEPROM:可編程/可擦寫,成本相對較高。                Flash Memory:                    NOR Flash:直接尋址,執行速度快,適閤存儲程序代碼。                    NAND Flash:塊擦寫,速度較慢,但容量大,成本低,適閤存儲數據。                    eMMC, UFS:集成Flash控製器,提供標準接口。            存儲器映射(Memory Map):CPU如何訪問不同的存儲器區域。        3.2 嵌入式存儲器接口            並行接口。            串行接口:SPI, I2C。            SDRAM/DDR接口。            NAND Flash接口。        3.3 嵌入式係統總綫            總綫的作用:連接CPU、內存和其他外設,實現數據傳輸。            總綫類型:                片內總綫(On-chip bus):例如ARM的AMBA係列(AHB, APB, AXI)。                片外總綫(Off-chip bus):例如PCIe, USB。            總綫協議:握手信號,數據傳輸方式(同步/異步),仲裁機製。            總綫帶寬與性能。            總綫橋接(Bus Bridge)。        3.4 存儲器管理            內存對齊(Memory Alignment)。            內存訪問效率。            緩存一緻性(Cache Coherency)。            MMU(Memory Management Unit)和MPU(Memory Protection Unit)在虛擬內存和內存保護中的作用。        3.5 閃存文件係統            NOR Flash文件係統(例如JFFS2)。            NAND Flash文件係統(例如YAFFS, UBIFS)。            磨損均衡(Wear Leveling)技術。            壞塊管理(Bad Block Management)。  第二部分:嵌入式軟件開發  本部分將深入探討嵌入式係統的軟件設計、開發、調試和優化技術,涵蓋從底層驅動到上層應用的全過程。     第四章:嵌入式實時操作係統(RTOS)        4.1 為什麼需要RTOS?            任務(Task)/綫程(Thread)的概念:並發執行的獨立單元。            多任務調度:                優先級調度(Priority-based scheduling):搶占式(Preemptive)和非搶占式(Non-preemptive)。                輪轉調度(Round-robin scheduling)。                其他調度算法(例如EDF - Earliest Deadline First)。            任務間通信與同步:                信號量(Semaphores):用於資源訪問控製和事件通知。                互斥鎖(Mutexes):用於保護共享資源,避免競態條件。                消息隊列(Message Queues):用於任務間傳遞數據。                事件標誌組(Event Flags):用於任務間同步和等待特定事件。                郵箱(Mailboxes):另一種傳遞數據的機製。            中斷處理:中斷服務程序(ISR)與任務的交互。            時鍾和定時器。        4.2 常見的RTOS            FreeRTOS:流行且廣泛使用的開源RTOS,資源占用少,易於移植。            RT-Thread:國産RTOS,功能豐富,生態活躍。            uCOS-II/III:經典的商用RTOS,可靠性高。            Zephyr OS:Linux基金會支持的RTOS,麵嚮IoT設備。            VxWorks:高性能、高可靠性的商用RTOS,應用於航空航天、國防等領域。        4.3 RTOS內核功能剖析            任務管理:創建、刪除、掛起、恢復任務。            時間管理:係統時鍾、延時。            內存管理:靜態分配、動態分配。            中斷管理:注冊中斷服務函數,中斷嵌套。            IPC(Inter-Process Communication)機製。        4.4 RTOS移植與配置            移植到目標硬件平颱的步驟。            配置文件(Configuration File)的設置。            BSP(Board Support Package)的重要性。        4.5 RTOS應用開發實踐            任務設計原則。            避免死鎖(Deadlock)和活鎖(Livelock)。            競態條件(Race Condition)的識彆與處理。            優先級反轉(Priority Inversion)問題及其解決方案(例如優先級繼承、優先級天花闆)。            RTOS的調試技巧。     第五章:嵌入式Linux開發        5.1 為什麼選擇嵌入式Linux?            開放源代碼、強大的驅動支持、豐富的工具鏈、成熟的開發生態。            適用於中高端嵌入式設備。        5.2 嵌入式Linux係統架構            Bootloader:U-Boot, GRUB。            Linux Kernel:設備驅動模型、文件係統、進程管理、內存管理。            Root Filesystem:BusyBox, Yocto Project, Buildroot。            用戶空間應用程序。        5.3 交叉編譯環境的搭建            交叉編譯器(Cross-compiler)。            目標庫(Target Libraries)和頭文件。            工具鏈(Toolchain)的配置。        5.4 Bootloader開發與調試            Bootloader的作用:初始化硬件、加載Kernel。            U-Boot的基本命令和配置。            Bootloader的移植。        5.5 Linux Kernel移植與配置            Kernel的配置選項(menuconfig)。            設備樹(Device Tree)在現代Linux Kernel中的作用。            驅動程序的編寫和集成:字符設備、塊設備、網絡設備。        5.6 Root Filesystem的構建            BusyBox:精簡的Linux命令集閤。            Buildroot和Yocto Project:自動化構建嵌入式Linux係統的框架。            定製Root Filesystem。        5.7 嵌入式Linux應用程序開發            用戶空間編程:C/C++, Python。            進程間通信(IPC):管道(Pipe)、消息隊列、共享內存、信號量。            網絡編程:Socket API。            多綫程編程。        5.8 嵌入式Linux的性能優化與調試            性能分析工具:strace, gprof, perf。            內存泄漏檢測。            CPU占用率分析。            串口、網絡調試。     第六章:嵌入式驅動程序開發        6.1 驅動程序概述            驅動程序的作用:連接硬件與操作係統/應用程序的橋梁。            硬件抽象層(HAL)。            驅動程序接口:Linux Kernel API, RTOS HAL。        6.2 常用硬件接口的驅動開發            GPIO驅動:輸入/輸齣控製,中斷觸發。            UART驅動:串口通信,波特率設置,數據收發。            SPI驅動:主/從模式,數據傳輸。            I2C驅動:主/從模式,地址尋址,數據傳輸。            定時器驅動:周期性任務,PWM生成。            ADC/DAC驅動:模擬量采集與輸齣。        6.3 Linux設備驅動模型            字符設備驅動:open, read, write, ioctl等標準接口。            塊設備驅動。            網絡設備驅動。            平颱設備(Platform Device)與驅動。            設備樹(Device Tree)在驅動中的使用。        6.4 RTOS驅動程序開發            與RTOS API的結閤。            中斷處理與任務同步。            硬件抽象。        6.5 驅動程序調試技術            打印調試(Printf Debugging)。            使用邏輯分析儀、示波器。            Kernel Debugger(KDB)或KGDB。            Trace工具(例如ftrace)。        6.6 嵌入式設備的文件係統驅動            文件係統的作用。            Flash文件係統(詳見第三章)。            SD卡、eMMC驅動。     第七章:嵌入式係統通信協議        7.1 串行通信協議            UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter):RS-232, RS-485。            SPI (Serial Peripheral Interface):同步串行通信,主/從模式。            I2C (Inter-Integrated Circuit):同步串行通信,多主/多從。        7.2 總綫通信協議            CAN (Controller Area Network):汽車和工業領域的標準總綫,實時性高,抗乾擾能力強。            USB (Universal Serial Bus):通用串行總綫,適用於連接外部設備。            Ethernet:局域網通信,TCP/IP協議棧。        7.3 無綫通信協議            Bluetooth/BLE (Bluetooth Low Energy):短距離無綫通信。            Wi-Fi:無綫局域網通信。            Zigbee:低功耗、低速率的無綫網狀網絡。            LoRa/NB-IoT:低功耗廣域網(LPWAN)技術,適用於物聯網。        7.4 網絡通信協議            TCP/IP協議棧:                IP (Internet Protocol):網絡層尋址。                TCP (Transmission Control Protocol):可靠的、麵嚮連接的傳輸。                UDP (User Datagram Protocol):無連接的、不可靠的傳輸。            HTTP/HTTPS:Web應用通信。            MQTT (Message Queuing Telemetry Transport):輕量級的發布/訂閱消息協議,適用於IoT。            CoAP (Constrained Application Protocol):用於受限設備的RESTful協議。        7.5 嵌入式係統中的通信協議棧實現            RTOS提供的協議棧。            Linux中的網絡協議棧。            第三方協議棧庫。        7.6 協議選型考量            數據速率、通信距離、功耗、成本、可靠性、安全性、實時性需求。  第三部分:嵌入式係統應用與實踐  本部分將結閤實際案例,展示嵌入式係統在不同領域的應用,並探討設計、開發和部署中的挑戰與解決方案。     第八章:嵌入式係統集成與調試        8.1 硬件與軟件的集成            係統啓動流程。            接口信號的匹配與調試。            時序問題排查。        8.2 軟件調試技術            斷點調試(Breakpoint Debugging)。            單步執行(Single-stepping)。            查看內存和寄存器。            日誌分析。            邏輯分析儀和示波器的配閤使用。            遠程調試(Remote Debugging)。        8.3 係統級測試            單元測試、集成測試、係統測試。            性能測試。            壓力測試。            可靠性測試。            功耗測試。        8.4 常見嵌入式係統問題分析與解決            死機、重啓問題。            性能瓶頸。            內存泄漏。            通信異常。            功耗過高。            硬件故障診斷。        8.5 版本控製與持續集成/持續部署(CI/CD)            Git在嵌入式開發中的應用。            自動化構建和測試流程。     第九章:嵌入式係統安全性        9.1 嵌入式係統麵臨的安全威脅            數據泄露。            惡意代碼注入。            拒絕服務攻擊。            物理攻擊。        9.2 安全設計原則            最小權限原則。            縱深防禦。            安全啓動(Secure Boot)。            固件更新的安全機製。        9.3 加密與認證技術            對稱加密(AES)。            非對稱加密(RSA, ECC)。            哈希函數(SHA-256)。            數字簽名。            TLS/SSL協議。        9.4 內存安全與漏洞防護            緩衝區溢齣(Buffer Overflow)。            整數溢齣(Integer Overflow)。            格式化字符串漏洞。            靜態代碼分析工具(例如Cppcheck, Clang-Tidy)。            動態分析工具(例如AddressSanitizer - ASan)。        9.5 安全的固件更新(OTA - Over-The-Air)            固件簽名驗證。            迴滾保護。            加密傳輸。        9.6 嵌入式係統中的安全硬件加速            TPM(Trusted Platform Module)。            硬件安全模塊(HSM)。     第十章:物聯網(IoT)中的嵌入式係統        10.1 物聯網概念與架構            感知層、網絡層、平颱層、應用層。            設備連接、數據采集、數據傳輸、數據存儲、數據分析。        10.2 IoT設備的選型與設計            低功耗設計。            成本控製。            連接性需求。            安全性考慮。        10.3 常見的IoT通信協議            MQTT, CoAP。            HTTP/HTTPS。            DDS (Data Distribution Service)。        10.4 IoT平颱與雲服務            AWS IoT, Azure IoT Hub, Google Cloud IoT。            數據可視化與分析。            設備管理。        10.5 邊緣計算(Edge Computing)            在設備端或近端進行數據處理和分析。            降低延遲,減少帶寬消耗。            與雲端的協同。        10.6 實際IoT應用案例            智能傢居。            智慧農業。            工業物聯網(IIoT)。            智能穿戴設備。     第十一章:嵌入式係統開發工具與方法論        11.1 集成開發環境(IDE)            Keil MDK, IAR Embedded Workbench, STM32CubeIDE。            Eclipse CDT, VS Code + PlatformIO。            IDE的功能:代碼編輯、編譯、調試、仿真。        11.2 版本控製係統            Git:分支管理、閤並、衝突解決。            GitHub, GitLab, Bitbucket。        11.3 需求管理工具            JIRA, Trello。        11.4 自動化測試框架            單元測試框架(例如Unity, CppUTest)。            集成測試框架。        11.5 敏捷開發在嵌入式係統中的應用            Scrum, Kanban。            迭代開發。        11.6 模塊化設計與代碼復用            麵嚮對象設計(OOD)原則。            設計模式(Design Patterns)在嵌入式開發中的應用。        11.7 仿真與原型開發            硬件在環(Hardware-in-the-Loop - HIL)仿真。            快速原型開發闆。  附錄     附錄A:常用嵌入式開發術語匯編    附錄B:典型嵌入式係統應用場景分析    附錄C:進一步學習資源推薦  本書內容詳實,覆蓋瞭嵌入式係統從基礎理論到高級應用的方方麵麵。通過理論講解、技術剖析和實例分析,旨在幫助讀者全麵掌握嵌入式係統設計、開發和部署的關鍵技能,為應對日益復雜的嵌入式係統挑戰做好充分準備。