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實時嵌入式系統（簡體書）
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目次
商品簡介
本書對實時嵌入式系統調度、資源訪問控制、軟件設計與開發以及高級系統建模、分析與驗證等方面進行了綜合講解。首先概述基本概念，之後深入研究硬件組件的細節，包括處理器、內存、I/O設備和架構、通信結構、外圍設備以及實時操作系統的特性。後面的章節致力於介紹實時任務調度算法和資源訪問控制策略，以及優先級反轉控制和死鎖避免。同時還介紹了實時系統的並行系統編程和POSIX編程，以及有限狀態機和時間Petri網。令軟件工程師特別感興趣的是模型檢測的章節(其中討論了時序邏輯和NuSMV模型檢測工具)，以及用UML處理實時軟件設計的章節。*後探討了軟件可靠性、老化、重啟、安全以及電源管理等實際問題。
名人/編輯推薦
全面介紹實時嵌入式系統調度、資源訪問控制、軟件設計和開發，以及系統建模、分析和驗證技術，分享實戰經驗
目次
出版者的話
譯者序
前言
第1章 實時嵌入式系統簡介1
1.1 實時嵌入式系統1
1.2 示例：汽車防抱死制動系統2
1.2.1 側滑率和制動力2
1.2.2 ABS部件3
1.2.3 ABS控制5
1.3 實時嵌入式系統的特性6
1.3.1 系統結構6
1.3.2 實時響應7
1.3.3 高度制約的環境7
1.3.4 併發性7
1.3.5 可預測性8
1.3.6 安全性和可靠性8
1.4 硬實時嵌入式系統和軟實時嵌入式系統8
習題9
閱讀建議10
參考文獻10
第2章 硬件組件11
2.1 處理器11
2.1.1 微處理器11
2.1.2 微控制器12
2.1.3 專用集成電路12
2.1.4 現場可編程門陣列13
2.1.5 數字信號處理器13
2.1.6 專用指令集處理器13
2.1.7 多核處理器13
2.1.8 馮‧諾依曼結構和哈佛結構13
2.1.9 複雜指令集計算機和精簡指令集計算機14
2.2 存儲器和高速緩存15
2.2.1 只讀存儲器15
2.2.2 隨機訪問存儲器15
2.2.3 高速緩存16
2.3 I/O接口17
2.4 傳感器和執行器18
2.5 定時器和計數器19
習題20
閱讀建議20
參考文獻20
第3章 實時操作系統22
3.1 通用操作系統的主要功能22
3.1.1 進程管理22
3.1.2 內存管理24
3.1.3 中斷管理26
3.1.4 多任務26
3.1.5 文件系統管理27
3.1.6 I/O管理27
3.2 RTOS內核的特性28
3.2.1 時鐘和定時器29
3.2.2 優先級調度30
3.2.3 任務間通信和資源共享30
3.2.4 異步I/O31
3.2.5 內存鎖定32
3.3 RTOS示例32
3.3.1 LynxOS32
3.3.2 OSE33
3.3.3 QNX33
3.3.4 VxWorks33
3.3.5 Windows Embedded Compact34
習題34
閱讀建議35
參考文獻35
URL35
第4章 任務調度36
4.1 任務36
4.1.1 任務說明36
4.1.2 任務狀態38
4.1.3 優先約束39
4.1.4 任務分配與調度39
4.2 時鐘驅動調度40
4.2.1 結構化時鐘驅動調度42
4.2.2 調度非週期任務46
4.2.3 調度偶發任務46
4.3 輪詢方法48
4.4 基於優先級的調度算法48
4.4.1 固定優先級算法49
4.4.2 動態優先級算法53
4.4.3 非週期和偶發任務的基於優先級調度57
4.4.4 實際因素59
4.5 任務分配62
4.5.1 裝箱算法62
4.5.2 考慮通信成本的分配65
習題66
閱讀建議68
參考文獻69
第5章 資源共享與訪問控制70
5.1 資源共享70
5.1.1 資源操作70
5.1.2 資源請求描述71
5.1.3 優先級反轉和死鎖72
5.1.4 資源訪問控制73
5.2 非搶佔的臨界區協議73
5.3 優先級繼承協議75
5.3.1 優先級繼承協議的規則75
5.3.2 優先級繼承協議的特性77
5.4 優先級上限協議79
5.4.1 優先級上限協議的規則79
5.4.2 優先級上限協議的特性81
5.4.3 最壞情況的阻塞時間83
5.5 堆棧共享優先級上限協議85
5.5.1 堆棧共享優先級上限協議的規則85
5.5.2 堆棧共享優先級上限協議的特性86
習題87
閱讀建議89
參考文獻89
第6章 併發編程90
6.1 簡介90
6.2 POSIX線程90
6.3 同步機制93
6.3.1 競爭條件和臨界區94
6.3.2 互斥95
6.3.3 條件變量97
6.3.4 信號量101
6.4 任務間通信106
6.4.1 消息隊列106
6.4.2 共享內存111
6.4.3 共享內存保護114
6.5 實時設施116
6.5.1 實時信號116
6.5.2 定時器119
6.5.3 週期任務的實現121
6.5.4 多週期任務系統的實現124
習題124
閱讀建議127
參考文獻127
第7章 有限狀態機128
7.1 有限狀態機基礎128
7.2 確定性有限自動機129
7.2.1 Moore機130
7.2.2 Mealy機132
7.3 非確定性有限自動機135
7.4 有限狀態機的編程135
習題137
閱讀建議140
參考文獻140
第8章 UML狀態機141
8.1 狀態141
8.2 轉移143
8.3 事件144
8.4 複合狀態145
8.4.1 層次結構145
8.4.2 正交性146
8.4.3 子狀態機狀態147
8.5 偽狀態147
8.5.1 歷史偽狀態147
8.5.2 進入點和退出點149
8.5.3 分叉和匯入偽狀態150
8.5.4 終止偽狀態150
8.6 ABS系統的UML狀態機151
習題154
閱讀建議156
參考文獻156
第9章 時間Petri網157
9.1 Petri網定義157
9.1.1 變遷激發158
9.1.2 建模能力159
9.2 Petri網屬性161
9.2.1 行為屬性161
9.2.2 結構屬性165
9.3 時間Petri網168
9.3.1 確定性時間Petri網168
9.3.2 時間Petri網173
習題176
閱讀建議180
參考文獻181
第10章 模型檢查182
10.1 模型檢查簡介182
10.2 時序邏輯183
10.2.1 線性時序邏輯184
10.2.2 計算樹邏輯190
10.2.3 LTL與CTL的比較194
10.3 模型檢查工具NuSMV194
10.3.1 描述語言195
10.3.2 格式198
10.3.3 運行NuSMV199
10.4 實時計算樹邏輯202
習題206
閱讀建議209
參考文獻209
第11章 實際問題211
11.1 軟件可靠性211
11.1.1 軟件錯誤211
11.1.2 可靠性測量212
11.1.3 提高軟件的可靠性212
11.2 軟件老化和重啟213
11.3 信息安全性214
11.3.1 挑戰214
11.3.2 常見漏洞214
11.3.3 信息安全軟件設計215
11.4 安全性216
11.5 節電216
閱讀建議217
參考文獻217
譯者序
前言
第1章 實時嵌入式系統簡介1
1.1 實時嵌入式系統1
1.2 示例：汽車防抱死制動系統2
1.2.1 側滑率和制動力2
1.2.2 ABS部件3
1.2.3 ABS控制5
1.3 實時嵌入式系統的特性6
1.3.1 系統結構6
1.3.2 實時響應7
1.3.3 高度制約的環境7
1.3.4 併發性7
1.3.5 可預測性8
1.3.6 安全性和可靠性8
1.4 硬實時嵌入式系統和軟實時嵌入式系統8
習題9
閱讀建議10
參考文獻10
第2章 硬件組件11
2.1 處理器11
2.1.1 微處理器11
2.1.2 微控制器12
2.1.3 專用集成電路12
2.1.4 現場可編程門陣列13
2.1.5 數字信號處理器13
2.1.6 專用指令集處理器13
2.1.7 多核處理器13
2.1.8 馮‧諾依曼結構和哈佛結構13
2.1.9 複雜指令集計算機和精簡指令集計算機14
2.2 存儲器和高速緩存15
2.2.1 只讀存儲器15
2.2.2 隨機訪問存儲器15
2.2.3 高速緩存16
2.3 I/O接口17
2.4 傳感器和執行器18
2.5 定時器和計數器19
習題20
閱讀建議20
參考文獻20
第3章 實時操作系統22
3.1 通用操作系統的主要功能22
3.1.1 進程管理22
3.1.2 內存管理24
3.1.3 中斷管理26
3.1.4 多任務26
3.1.5 文件系統管理27
3.1.6 I/O管理27
3.2 RTOS內核的特性28
3.2.1 時鐘和定時器29
3.2.2 優先級調度30
3.2.3 任務間通信和資源共享30
3.2.4 異步I/O31
3.2.5 內存鎖定32
3.3 RTOS示例32
3.3.1 LynxOS32
3.3.2 OSE33
3.3.3 QNX33
3.3.4 VxWorks33
3.3.5 Windows Embedded Compact34
習題34
閱讀建議35
參考文獻35
URL35
第4章 任務調度36
4.1 任務36
4.1.1 任務說明36
4.1.2 任務狀態38
4.1.3 優先約束39
4.1.4 任務分配與調度39
4.2 時鐘驅動調度40
4.2.1 結構化時鐘驅動調度42
4.2.2 調度非週期任務46
4.2.3 調度偶發任務46
4.3 輪詢方法48
4.4 基於優先級的調度算法48
4.4.1 固定優先級算法49
4.4.2 動態優先級算法53
4.4.3 非週期和偶發任務的基於優先級調度57
4.4.4 實際因素59
4.5 任務分配62
4.5.1 裝箱算法62
4.5.2 考慮通信成本的分配65
習題66
閱讀建議68
參考文獻69
第5章 資源共享與訪問控制70
5.1 資源共享70
5.1.1 資源操作70
5.1.2 資源請求描述71
5.1.3 優先級反轉和死鎖72
5.1.4 資源訪問控制73
5.2 非搶佔的臨界區協議73
5.3 優先級繼承協議75
5.3.1 優先級繼承協議的規則75
5.3.2 優先級繼承協議的特性77
5.4 優先級上限協議79
5.4.1 優先級上限協議的規則79
5.4.2 優先級上限協議的特性81
5.4.3 最壞情況的阻塞時間83
5.5 堆棧共享優先級上限協議85
5.5.1 堆棧共享優先級上限協議的規則85
5.5.2 堆棧共享優先級上限協議的特性86
習題87
閱讀建議89
參考文獻89
第6章 併發編程90
6.1 簡介90
6.2 POSIX線程90
6.3 同步機制93
6.3.1 競爭條件和臨界區94
6.3.2 互斥95
6.3.3 條件變量97
6.3.4 信號量101
6.4 任務間通信106
6.4.1 消息隊列106
6.4.2 共享內存111
6.4.3 共享內存保護114
6.5 實時設施116
6.5.1 實時信號116
6.5.2 定時器119
6.5.3 週期任務的實現121
6.5.4 多週期任務系統的實現124
習題124
閱讀建議127
參考文獻127
第7章 有限狀態機128
7.1 有限狀態機基礎128
7.2 確定性有限自動機129
7.2.1 Moore機130
7.2.2 Mealy機132
7.3 非確定性有限自動機135
7.4 有限狀態機的編程135
習題137
閱讀建議140
參考文獻140
第8章 UML狀態機141
8.1 狀態141
8.2 轉移143
8.3 事件144
8.4 複合狀態145
8.4.1 層次結構145
8.4.2 正交性146
8.4.3 子狀態機狀態147
8.5 偽狀態147
8.5.1 歷史偽狀態147
8.5.2 進入點和退出點149
8.5.3 分叉和匯入偽狀態150
8.5.4 終止偽狀態150
8.6 ABS系統的UML狀態機151
習題154
閱讀建議156
參考文獻156
第9章 時間Petri網157
9.1 Petri網定義157
9.1.1 變遷激發158
9.1.2 建模能力159
9.2 Petri網屬性161
9.2.1 行為屬性161
9.2.2 結構屬性165
9.3 時間Petri網168
9.3.1 確定性時間Petri網168
9.3.2 時間Petri網173
習題176
閱讀建議180
參考文獻181
第10章 模型檢查182
10.1 模型檢查簡介182
10.2 時序邏輯183
10.2.1 線性時序邏輯184
10.2.2 計算樹邏輯190
10.2.3 LTL與CTL的比較194
10.3 模型檢查工具NuSMV194
10.3.1 描述語言195
10.3.2 格式198
10.3.3 運行NuSMV199
10.4 實時計算樹邏輯202
習題206
閱讀建議209
參考文獻209
第11章 實際問題211
11.1 軟件可靠性211
11.1.1 軟件錯誤211
11.1.2 可靠性測量212
11.1.3 提高軟件的可靠性212
11.2 軟件老化和重啟213
11.3 信息安全性214
11.3.1 挑戰214
11.3.2 常見漏洞214
11.3.3 信息安全軟件設計215
11.4 安全性216
11.5 節電216
閱讀建議217
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