裸机C编程：嵌入式系统C程序设计

本书由拥有 50 余年嵌入式系统编程经验的 Stephen Oualline 撰写，经电气 / 电子工程领域专家 Frank Duignan 审校，专业性与权威性兼具。内容围绕嵌入式开发核心需求展开，既系统讲解嵌入式系统基础知识、开发环境搭建，又深入剖析 C 语言在动态内存管理、中断控制、寄存器操作等场景的实战技巧，且全程以 STM32F030x4 处理器为实例，结合编译原理、链接器应用等底层逻辑，为不同阶段开发者提供从理论到实践的完整知识体系，是嵌入式 C 语言开发领域兼具深度与实用性的专业参考用书。

本书是一部专注于嵌入式系统编程的指南，旨在帮助你深入探索嵌入式系统的奥秘，掌握C语言在嵌入式领域的应用技巧，从而在嵌入式开发领域取得成功。全书分为两部分：第一部分（第1~12章）介绍了嵌入式系统的基础知识和开发环境的搭建，包括安装必要的工具和软件、配置开发环境等内容，通过一步步的实践示例，带你快速入门嵌入式系统编程，了解嵌入式程序的编写流程和基本技巧；第二部分（第13~18章）更深入地探讨了C语言在嵌入式系统中的高级应用，从动态内存管理、文件I/O操作、命令行参数处理到模块化编程等方面，全面介绍了C语言在嵌入式系统中的实际应用技巧和最佳实践，帮助你进一步提升编程技能，应对更复杂的编程任务。

目　　录<br />译者序<br />前言<br />关于作者<br />关于技术审校<br />第一部分　嵌入式编程<br />第1章　Hello World　　3<br />1.1　安装GCC　　3<br />1.2　下载STM32系统工作台　　4<br />1.3　我们的第一个程序　　4<br />1.3.1　编译程序　　5<br />1.3.2　犯错　　5<br />1.3.3　理解程序　　6<br />1.3.4　添加注释　　7<br />1.4　改进程序和构建流程　　7<br />1.4.1　make 程序　　8<br />1.4.2　编译器标志　　9<br />1.5　编译器在幕后的工作方式　　9<br />1.5.1　预处理器　　10<br />1.5.2　编译器　　10<br />1.5.3　汇编器　　11<br />1.5.4　链接器　　12<br />1.6　在Makefile中添加内容　　13<br />1.7　总结　　14<br />1.8　问题　　15<br />第2章　集成开发环境介绍　　16<br />2.1　使用STM32的System <br />Workbench　　16<br />2.1.1　启动IDE　　17<br />2.1.2　创建Hello World　　18<br />2.1.3　调试程序　　21<br />2.2　IDE为我们做了什么　　24<br />2.3　导入本书的编程示例　　25<br />2.4　总结　　25<br />2.5　编程问题　　26<br />2.6　其他问题　　26<br />第3章　嵌入式系统编程　　27<br />3.1　NUCLEO-F030R8开发板　　27<br />3.1.1　对开发板进行编程和调试　　28<br />3.1.2　配置开发板　　28<br />3.2　建立嵌入式项目　　30<br />3.3　你的第一个嵌入式程序　　33<br />3.3.1　初始化硬件　　33<br />3.3.2　GPIO引脚编程　　34<br />3.3.3　切换LED　　35<br />3.3.4　构建完成的程序　　35<br />3.4　探索构建过程　　36<br />3.5　探索项目文件　　38<br />3.6　调试应用程序　　39<br />3.7　逐步执行程序　　41<br />3.8　总结　　42<br />3.9　编程问题　　43<br />3.10　其他问题　　43<br />第4章　数字和变量　　44<br />4.1　使用整数　　44<br />4.1.1　声明保存整数的变量　　45<br />4.1.2　给变量赋值　　46<br />4.1.3　初始化变量　　47<br />4.2　整数大小和表示　　47<br />4.2.1　数字表示　　49<br />4.2.2　标准整数　　50<br />4.2.3　无符号整数类型　　51<br />4.2.4　溢出　　52<br />4.2.5　有符号整数类型中的补码<br />表示　　54<br />4.3　缩写操作符　　55<br />4.4　使用位操作控制内存映射的I/O<br />寄存器　　56<br />4.4.1　或　　56<br />4.4.2　与　　57<br />4.4.3　非　　58<br />4.4.4　异或　　58<br />4.4.5　位移　　59<br />4.5　定义位的含义　　60<br />4.5.1　同时设置两个位的值　　61<br />4.5.2　关闭一个位　　61<br />4.5.3　检查位的值　　62<br />4.6　总结　　64<br />4.7　编程问题　　64<br />第5章　决策和控制语句　　65<br />5.1　if语句　　65<br />5.2　if/else语句　　67<br />5.3　循环语句　　67<br />5.3.1　while循环　　68<br />5.3.2　for循环　　69<br />5.4　使用按钮　　70<br />5.4.1　初始化　　71<br />5.4.2　选择下拉电路　　71<br />5.4.3　获取按钮的状态　　73<br />5.4.4　运行程序　　73<br />5.5　循环控制　　74<br />5.5.1　break语句　　74<br />5.5.2　continue语句　　74<br />5.6　反模式　　75<br />5.6.1　空的while循环　　75<br />5.6.2　while中的赋值　　76<br />5.7　总结　　76<br />5.8　编程问题　　77<br />第6章　数组、指针和字符串　　78<br />6.1　数组　　78<br />6.1.1　底层细节：指针　　80<br />6.1.2　数组和指针算术　　83<br />6.1.3　数组溢出　　84<br />6.2　字符和字符串　　86<br />6.3　总结　　88<br />6.4　编程问题　　88<br />第7章　局部变量和函数　　89<br />7.1　局部变量　　89<br />7.2　隐藏变量　　90<br />7.3　函数　　91<br />7.4　堆栈帧　　92<br />7.5　递归　　95<br />7.6　编程风格　　96<br />7.7　总结　　97<br />7.8　编程问题　　97<br />第8章　复杂数据类型　　98<br />8.1　枚举　　98<br />8.2　预处理器技巧和枚举　　99<br />8.3　结构体　　101<br />8.3.1　内存中的结构体　　103<br />8.3.2　访问未对齐的数据　　104<br />8.3.3　结构体初始化　　106<br />8.3.4　结构体赋值　　107<br />8.3.5　结构体指针　　108<br />8.3.6　结构体命名　　109<br />8.4　联合体　　110<br />8.5　创建自定义类型　　111<br />8.6　结构体和嵌入式编程　　113<br />8.7　typedef　　114<br />8.7.1　函数指针和typedef　　115<br />8.7.2　typedef和struct　　116<br />8.8　总结　　117<br />8.9　编程问题　　117<br />第9章　STM上的串口输出　　119<br />9.1　逐字符写入字符串　　119<br />9.2　串行输出　　121<br />9.2.1　串行通信简史　　122<br />9.2.2　串行Hello World　　123<br />9.2.3　UART初始化　　124<br />9.2.4　发送一个字符　　126<br />9.3　与设备通信　　131<br />9.3.1　Windows　　132<br />9.3.2　Linux和macOS　　133<br />9.4　总结　　133<br />9.5　编程问题　　134<br />第10章　中断　　135<br />10.1　轮询与中断　　135<br />10.2　串行I/O的中断　　136<br />10.3　中断例程　　136<br />10.4　使用中断写入字符串　　137<br />10.4.1　程序细节　　140<br />10.4.2　中断问题　　143<br />10.5　使用缓冲区来提高速度　　144<br />10.5.1　发送函数　　145<br />10.5.2　中断例程　　146<br />10.5.3　完整程序　　147<br />10.5.4　问题　　149<br />10.6　总结　　153<br />10.7　编程问题　　153<br />第11章　链接器　　154<br />11.1　链接器的作用　　155<br />11.2　编译和链接内存模型　　155<br />11.2.1　理想的C语言模型　　155<br />11.2.2　非标准部分　　159<br />11.3　链接过程　　160<br />11.4　链接器定义的符号　　161<br />11.5　重定位和链接目标文件　　162<br />11.6　链接器映射文件　　163<br />11.7　高级链接器的用法　　164<br />11.7.1　用于“永久”存储的<br />闪存　　164<br />11.7.2　多个配置项　　171<br />11.7.3　定制示例　　172<br />11.7.4　固件升级　　172<br />11.8　总结　　173<br />11.9　编程问题　　173<br />第12章　预处理器　　174<br />12.1　简单宏　　174<br />12.1.1　参数化宏　　176<br />12.1.2　代码宏　　177<br />12.2　条件编译　　180<br />12.3　符号的定义位置　　181<br />12.3.1　命令行符号　　182<br />12.3.2　预定义符号　　182<br />12.4　包含文件　　183<br />12.5　其他预处理器指令　　183<br />12.6　预处理器技巧　　184<br />12.7　总结　　185<br />12.8　编程问题　　185<br />第二部分　用于大型机器的<br />C语言编程<br />第13章　动态内存　　189<br />13.1　基本堆分配和释放　　189<br />13.2　链表　　191<br />13.2.1　添加节点　　192<br />13.2.2　打印链表　　194<br />13.2.3　删除节点　　195<br />13.2.4　整合所有内容　　196<br />13.3　动态内存问题　　198<br />13.4　Valgrind和GCC Address <br />Sanitizer 工具　　199<br />13.5　总结　　200<br />13.6　编程问题　　201<br />第14章　缓冲文件I/O　　202<br />14.1　printf 函数　　202<br />14.1.1　编写ASCII表　　203<br />14.1.2　写入预定义文件　　204<br />14.2　读取数据　　204<br />14.3　打开文件　　206<br />14.4　二进制I/O　　207<br />14.5　缓冲和刷新　　209<br />14.6　关闭文件　　211<br />14.7　总结　　211<br />14.8　编程问题　　211<br />第15章　命令行参数和原始<br />I/O　　212<br />15.1　命令行参数　　212<br />15.2　原始I/O　　213<br />15.2.1　使用原始I/O　　214<br />15.2.2　使用二进制模式　　216<br />15.3　ioctl　　217<br />15.4　总结　　217<br />15.5　编程问题　　218<br />第16章　浮点数　　219<br />16.1　什么是浮点数　　219<br />16.1.1　浮点类型　　219<br />16.1.2　自动转换　　220<br />16.2　浮点数的问题　　220<br />16.2.1　舍入误差　　220<br />16.2.2　精度位数　　221<br />16.3　无穷大、NaN和次正规数　　221<br />16.4　实现　　223<br />16.5　替代方案　　223<br />16.6　总结　　226<br />16.7　编程问题　　226<br />第17章　模块化编程　　227<br />17.1　简单的模块　　227<br />17.1.1　简单模块的问题　　228<br />17.1.2　制作模块　　231<br />17.2　好的模块有哪些特点　　231<br />17.3　命名空间　　232<br />17.4　库　　232<br />17.4.1　ranlib和库链接　　235<br />17.4.2　确定性与不确定性库　　237<br />17.5　弱符号　　237<br />17.6　总结　　238<br />17.7　编程问题　　239<br />第18章　后记　　240<br />18.1　学会写作　　240<br />18.2　学会阅读　　240<br />18.3　合作与创造性借鉴　　241<br />18.4　有用的开源工具　　241<br />18.4.1　Cppcheck　　241<br />18.4.2　Doxygen　　 241<br />18.4.3　Valgrind　　242<br />18.4.4　SQLite　　242<br />18.5　永不停止学习　　242<br />附录　项目创建清单　　243