本书旨在帮助读者深入理解嵌入式系统的体系结构、软硬件工作原理，嵌入式系统设计和软件开发所需的基础知识和思维方法，以及嵌入式系统互联(即物联网)的基础知识和编程应用。在内容组织方面，本书分为四大部分，分别为导论(第 1 章)、嵌入式系统的基本原理(第 2～3 章)、嵌入式系统设计(第 4～6 章)、嵌入式系统互联(第 7～8 章)。本书将课内理论讲解结合课内验证和课外实践，不仅理论知识覆盖较全，而且重视实践验证和应用，提供大量动手实践和验证的环节，理论知识的应用场景始终以自制开源板的应用为线索。 本书适合高等院校自动化、机电一体化、测控技术、电子信息工程等相关专业本科高年级学生或硕士生使用，也可供这些领域的工程技术人员参考。

嵌入式系统是在役数目最多的计算机系统，每辆汽车平均使用20个此类计算机系统，每个家庭平均使用20个此类计算机系统，马路边的每个路灯、自动生产线的每个工位装置的内部都至少有一个此类计算机系统。随着物联网(IoT)基建的逐步推进，未来的嵌入式系统数量会越来越多。随着物联网基建在农业、交通、建筑、环境、工业、服务等行业的深度布局，嵌入式系统将会成为未来应用广泛的计算机系统。 “芯”是大多数嵌入式系统研发工作的起点，为某个特定需求确定一款合适的芯片级计算机(俗称单片机)是一件很难的工作，有时为了优化系统性能还需要从寄存器级别去研究和定制开发某个嵌入式系统。本书的目标是帮助读者掌握嵌入式系统的基本工作原理和研发嵌入式系统的基本思想及设计方法。 在内容组织方面，本书从系统全貌和工作原理到系统设计，再到系统互联进行讲解，分为四大部分。 第一部分为导论，即本书的第1章，以嵌入式系统的全貌引出系统的软硬件组成、特点，以及系统设计和开发所涉及的软硬件及其相关工具等。 第二部分为嵌入式系统的基本原理，包括本书的第2～3章，包含嵌入式系统硬件方面的CPU的体系架构及特点，存储器和系统资源的存储器映射等；软件方面的有/无RTOS的程序范例，编译型(C++)和解释型(Python)程序转换为机器码的过程，以及开源软件开发平台的搭建等。 第三部分为嵌入式系统设计，包括本书的第4～6章，包含基本的数字、模拟、脉冲调制I/O接口，定时/计数器和中断，I2C和SPI同步串行接口，以及与这些硬件接口相关的软件接口和封装。 第四部分为嵌入式系统互联(即物联网)，包括本书的第7～8章，以异步串行通信为基础逐步引出工业领域的设备层网络RS485、CAN和ModBus等协议及编程应用。 本书具有以下特点： 强调计算机系统的基本工作原理，但不让读者陷于计算机系统理论的沼泽中； 强调系统级的研发和优化，但不忽略关键细节； 强调嵌入式系统的软硬件协同实施； 强调物联网的应用； 完全使用开源的软硬件工具； 重视动手实践和验证，但不懈怠基础理论的讲解。 学习本书之前，读者应具备数字和模拟电路、C/C++或Python编程语言等基础知识。对于熟悉网络原理和通信工程等基础知识的读者来说，阅读本书将更容易，但即使在网络原理和通信工程方面无基础的读者，阅读本书也不会有任何障碍。教师在使用本书时，应按学生已学过的课程情况有所取舍、补充和侧重。本书提供电子课件(PPT)、习题解答、教学视频、源代码等配套教学资源，任课教师可在华信教育资源网(www.hxedu.com.cn)免费下载。 本书由王忠飞、张利任主编。作者在编写过程中得到浙江工业大学机械工程学院、特种装备制造及先进加工技术教育部重点实验室的同事和同学们的大力支持，浙江工业大学胥芳教授、叶必卿副教授、都明宇博士、占红武副教授、殷建军副教授为本书提供了丰富的教学实例资料。本书的出版得到了电子工业出版社的大力支持和浙江工业大学校重点教材基金的资助。 由于作者水平有限，加之计算机技术发展日新月异，书中难免存在错误与不足，敬请广大读者和同行批评指正。 编 者

第1章 导论 1 1.1 桌面计算机与嵌入式系统 1 1.2 嵌入式系统硬件 8 1.3 嵌入式系统软件 12 1.4 本章总结 20 参考文献 21 思考题 21 第2章 嵌入式系统体系结构 23 2.1 ARM体系 23 2.2 RISC-V体系 35 2.3 其他体系 40 2.4 存储器系统 45 2.5 系统的工作模式 51 2.6 系统的电源 55 2.7 系统时钟与复位 57 2.8 本章总结 61 参考文献 62 思考题 63 第3章 嵌入式系统软件 65 3.1 有RTOS的嵌入式系统软件 65 3.2 无RTOS的嵌入式系统软件 71 3.3 Python解释器和Python脚本 75 3.4 Adruino IDE 82 3.5 创建一种兼容Arduino的开发板 89 3.6 本章总结 106 参考文献 107 思考题 107 第4章 嵌入式系统的基本输入和输出 109 4.1 可编程数字输入和输出 109 4.2 可编程模拟输入和输出 123 4.3 计数器和PWM信号输出 130 4.4 定时器和频率调制信号输出 137 4.5 脉冲调制输入 148 4.6 本章总结 155 参考文献 156 思考题 157 第5章 I2C通信接口及其应用 158 5.1 I2C通信接口 159 5.2 I2C主机模式 166 5.3 I2C从机模式 182 5.4 I2C接口应用设计 189 5.5 本章总结 193 思考题 194 第6章 SPI通信接口及其应用 195 6.1 SPI通信接口 195 6.2 SPI主机模式 204 6.3 SPI从机模式 218 6.4 SPI接口应用设计 225 6.5 本章总结 231 思考题 232 第7章 UART接口及其应用 233 7.1 异步串行通信和UART 234 7.2 使用UART实现系统间通信 246 7.3 串口通信协议 256 7.4 工业现场的串口通信 261 7.5 本章总结 271 思考题 272 第8章 CAN总线及其接口 273 8.1 CAN总线简介 274 8.2 CAN总线接口—协议 281 8.3 CAN总线接口—硬件 290 8.4 CAN总线接口—软件编程及应用 296 8.5 本章总结 316 参考文献 317 思考题 317