本書(shū)第1版于2017年由清華大學(xué)出版社出版。在此后的5年多時(shí)間里，本書(shū)得到了高校師生及業(yè)界工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。在此期間，作者陸續(xù)收到了來(lái)自多個(gè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)和很多讀者的問(wèn)題咨詢(xún)和建議反饋，其中涉及課程的內(nèi)容組織、知識(shí)闡述、教學(xué)方法、課程資源、習(xí)題分析等諸多方面。在這些反饋中，普遍對(duì)本書(shū)所呈現(xiàn)的多維融合嵌入式系統(tǒng)知識(shí)體系給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為本書(shū)從宏觀到微觀、從模型到具象、從硬件到軟件的多維融合知識(shí)體系組織方式有效破解了嵌入式系統(tǒng)知識(shí)體系中的樹(shù)木、森林在有限篇幅內(nèi)難以兼顧的內(nèi)容組織難題，深入淺出、內(nèi)容豐富且實(shí)用易學(xué)。因此，本書(shū)得到了越來(lái)越多的人認(rèn)可，被國(guó)內(nèi)30多所高校（包括雙一流高校）以及中國(guó)航空研究院研究生院等作為主要教學(xué)資源。同時(shí)，作者負(fù)責(zé)組織建設(shè)并主講的嵌入式系統(tǒng)課程已被評(píng)為西北工業(yè)大學(xué)課程思政示范課程、一流本科課程（線下一流課程）、高水平在線開(kāi)放課程及在線示范課程，并獲得西北工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)。教材和課程獲得的廣泛好評(píng)使得作者15個(gè)月潛心著述所付出的艱辛實(shí)現(xiàn)了價(jià)值的彰顯和升華，對(duì)于作者是一種極大的寬慰、鼓舞和鞭策。
信息技術(shù)日新月異，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)快速演化，5年對(duì)于嵌入式系統(tǒng)類(lèi)的專(zhuān)業(yè)圖書(shū)已是較為漫長(zhǎng)的時(shí)間了。為此，在清華大學(xué)出版社的建議下，作者于2021年下半年開(kāi)始對(duì)第1版內(nèi)容進(jìn)行修訂，經(jīng)過(guò)大半年的技術(shù)資料查閱以及增刪改等修訂工作，最終完成了本書(shū)的第2版。本書(shū)第2版內(nèi)容的組織依然以多維融合的知識(shí)體系為主要框架，具體分為嵌入式系統(tǒng)概述、數(shù)字電路與嵌入式硬件、嵌入式軟件與嵌入式開(kāi)發(fā)方法四大部分，共11章，知識(shí)框架如圖1所示。其中，第1章為概述，第2～6章為數(shù)字電路與嵌入式硬件，第7～10章為嵌入式軟件，第11章為嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法。
圖1本書(shū)的知識(shí)架構(gòu)
具體內(nèi)容安排及修訂情況簡(jiǎn)要說(shuō)明如下。
第1章從科技?xì)v史與文化著手，從現(xiàn)代信息科學(xué)、計(jì)算科學(xué)、通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的交叉融合和發(fā)展導(dǎo)入，以泛在計(jì)算、信息物理融合計(jì)算為背景分析了嵌入式（計(jì)算機(jī)）系統(tǒng)的經(jīng)典、高階概念及其內(nèi)涵，重點(diǎn)討論了計(jì)算裝置的可嵌入式發(fā)展過(guò)程以及嵌入式系統(tǒng)、組成、特點(diǎn)、趨勢(shì)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)與信息物理系統(tǒng)（CPS）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的聯(lián)系及區(qū)別進(jìn)行了辨析。同時(shí)，對(duì)習(xí)題進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。
第2章總結(jié)、論述了與本書(shū)后續(xù)內(nèi)容密切相關(guān)的硬件電路知識(shí)；進(jìn)而闡述了嵌入式硬件的架構(gòu)模型與子系統(tǒng)組成、典型嵌入式系統(tǒng)的硬件形式以及基本的硬件設(shè)計(jì)方法。第2版重點(diǎn)對(duì)集電極開(kāi)路、上/下拉電阻、漏極開(kāi)路與推挽電路、習(xí)題等內(nèi)容進(jìn)行了修訂。需要說(shuō)明的是，本章所涉及的電路、硬件等知識(shí)是從本書(shū)后續(xù)內(nèi)容的需要中反向歸納得出的，是必要但非充分的。
第3章從嵌入式處理器的組成模型和典型邏輯架構(gòu)出發(fā)，總結(jié)、闡述了不同類(lèi)型嵌入式處理器的體系、組成、特點(diǎn)及差異，在此基礎(chǔ)上分析了幾種典型嵌入式處理器體系的機(jī)制和特性。第2版增加了RISC�睼指令集及處理器，總結(jié)、更新了ARM、SoC、AI（眾核）計(jì)算等處理器的最新發(fā)展及特性，并對(duì)習(xí)題進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。
第4章歸納、討論了嵌入式存儲(chǔ)器子系統(tǒng)的體系與模型，重點(diǎn)分析了不同類(lèi)型存儲(chǔ)器的架構(gòu)、原理、特性以及微觀的電路機(jī)制，并對(duì)存儲(chǔ)器的測(cè)試與驗(yàn)證方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。第2版重點(diǎn)對(duì)混合存儲(chǔ)器、新存儲(chǔ)技術(shù)以及習(xí)題進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。
第5章圍繞最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，闡述了電源、復(fù)位、時(shí)鐘等外圍電路的基本工作原理與設(shè)計(jì)機(jī)制，并對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了延伸討論。第2版增加了最小系統(tǒng)的內(nèi)容，更新了時(shí)鐘電路、低功耗設(shè)計(jì)等內(nèi)容，重新設(shè)計(jì)了習(xí)題。
第6章面向完整的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)需要，論述了通用和典型I/O與總線的原理、特性及應(yīng)用機(jī)制。第2版對(duì)SPI接口、VP線、藍(lán)牙、WiFi等內(nèi)容進(jìn)行了修訂和更新，對(duì)習(xí)題進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。
第7章在分析嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)與運(yùn)行過(guò)程的基礎(chǔ)上，總結(jié)了嵌入式軟件系統(tǒng)的典型架構(gòu)，重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)軟件中基礎(chǔ)軟件組件的機(jī)制與特性進(jìn)行了分析和討論。第2版對(duì)嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程與模式、Boot Loader、BSP等內(nèi)容、示例進(jìn)行了修訂，并增加了對(duì)容器、微服務(wù)與云原生的討論，重新設(shè)計(jì)了習(xí)題。
第8章系統(tǒng)地討論了嵌入式操作系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。本章首先歸納了嵌入式操作系統(tǒng)的架構(gòu)模型，進(jìn)而分析了不同嵌入式操作系統(tǒng)所呈現(xiàn)的共性服務(wù)機(jī)制和特性，最后給出了幾個(gè)典型嵌入式操作系統(tǒng)的實(shí)例分析。第2版對(duì)微內(nèi)核、EOS模型、優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)問(wèn)題的解決方法、實(shí)時(shí)性與實(shí)時(shí)系統(tǒng)、內(nèi)核服務(wù)等內(nèi)容進(jìn)行了全面修訂，典型嵌入式操作系統(tǒng)部分刪掉了Windows Embedded系列操作系統(tǒng)的分析，增加了SylixOS、鴻蒙等典型國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)的分析，重新設(shè)計(jì)了習(xí)題。
第9章結(jié)合典型軟件實(shí)現(xiàn)分析和討論了嵌入式圖形庫(kù)、文件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、協(xié)議棧等嵌入式軟件組件的原理與機(jī)制。第2版與第1版內(nèi)容基本一致，主要修改了第1版中的錯(cuò)誤，補(bǔ)充了習(xí)題。
第10章綜合闡述了嵌入式應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)方法，包括嵌入式應(yīng)用軟件典型結(jié)構(gòu)、中斷與數(shù)據(jù)共享問(wèn)題、嵌入式軟件設(shè)計(jì)機(jī)制以及軟件工程方法等。第2版對(duì)模塊化任務(wù)設(shè)計(jì)、中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行了修訂，增加了對(duì)Dev(Sec)Ops方法的討論，重新設(shè)計(jì)了習(xí)題。
第11章根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，總結(jié)了嵌入式軟件與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調(diào)試、測(cè)試及仿真驗(yàn)證等技術(shù)的基本原理、工作機(jī)制和實(shí)施方法。第2版與第1版內(nèi)容基本一致，更新了部分示例和內(nèi)容。
本書(shū)寫(xiě)作采用了整體體系貫穿與局部深度剖析相結(jié)合、共性機(jī)理歸納與設(shè)計(jì)案例分析相呼應(yīng)的思路，系統(tǒng)、生動(dòng)又深入淺出地呈現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)所涉及的體系架構(gòu)、技術(shù)原理與設(shè)計(jì)方法等，第2版在強(qiáng)調(diào)新穎性、技術(shù)性、思想性的同時(shí)又進(jìn)一步提升了實(shí)用性和易讀性。
除了對(duì)專(zhuān)業(yè)內(nèi)容的修訂之外，第2版中還引用了《柏拉圖與技術(shù)呆子》等以數(shù)字技術(shù)為主要背景的科技哲學(xué)著作中的內(nèi)容，進(jìn)而形成了包括科技事例、科技文化和科技哲學(xué)等在內(nèi)的課程思政元素，期望能為讀者提供超出技術(shù)本身的更高層次的知識(shí)營(yíng)養(yǎng)。
在本書(shū)的寫(xiě)作過(guò)程中，作者得到了同行、親友的關(guān)心、鼓勵(lì)與熱心幫助，他們是我不斷前行的動(dòng)力，作者在此一并表示感謝。特別感謝中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任、西安電子科技大學(xué)副校長(zhǎng)王泉教授，西北工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)張艷寧教授，西北工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院院長(zhǎng)鄭江濱教授，西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院院長(zhǎng)尚學(xué)群教授等。感謝在書(shū)稿校對(duì)中付出智慧和辛勤努力的趙啟迪、馮靖凱、李強(qiáng)、茆漢兵、杜長(zhǎng)怡、龔祖、王天洋、李丘剛、裴伯昊、侯博元等多位研究生。
感謝我的家人！母親在電話里時(shí)時(shí)叮囑我： 邁入中年，要在工作中注意休息和身體。戎馬躬耕一生的父親已離我遠(yuǎn)去，但他潛心求學(xué)、迎難而上、踏實(shí)肯干的精神已深深融入我的生命，也在我們家庭中長(zhǎng)久延續(xù)。
感謝我的夫人李瑜女士給予的支持和照顧，感謝嘉航、嘉芮兩位少年給我?guī)��?lái)的教育挑戰(zhàn)和樂(lè)趣。讓我們?cè)诖髳?ài)中共同成長(zhǎng)、一起進(jìn)步！

張凱龍西北工業(yè)大學(xué)軟件學(xué)院教授中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)嵌入式系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)2023年5月于西安