實時嵌入式系統設計方法

《實時嵌入式系統設計方法》是2022年清華大學出版社出版的圖書，作者是李曦、陳香蘭、王超、周學海。

基本介紹

• 中文名：實時嵌入式系統設計方法
• 作者：李曦、陳香蘭、王超、周學海
• 出版社：清華大學出版社
• 出版時間：2022年1月1日
• 定價：59.80 元
• ISBN：9787302590323

內容簡介

汽車電子、航空航天和醫療設備等安全關鍵套用系統以高度集成的實時嵌入式(RTE)系統為構造基礎。為了滿足此類套用的功能複雜性、時序可預測性和高可靠性等方面的嚴格要求，需要完整統一的系統設計、實現、驗證和分析方法。

實時嵌入式系統設計的論題非常廣泛，其核心科學基礎和方法涉及控制、計算機、軟體和電子等多個工程領域。本書從實時計算和設計自動化兩方面討論此類系統的系統級設計方法，主要涉及硬體架構、實時作業系統、實時任務調度與共享資源訪問控制、多處理器與分散式實時系統、實時嵌入式軟體設計(程式結構、編程模型、實時程式語言)、形式化方法(設計、建模、驗證)、建模語言與設計框架，以及常用的輔助設計工具等內容，涵蓋套用軟體、運行時環境和硬體系統結構等多個系統層次。書中綱要式地勾畫出基於構件化設計(CBD)和基於模型化設計(MBD)範式的系統設計方法的完整視圖和工程化開發過程的關鍵階段，並展現了學術界的**研究成果和工業界的套用現狀。

本書面向計算機專業研究生或高年級本科生，需要讀者具備計算機工程、軟體工程、控制工程、電子工程等相關領域的基礎知識。

圖書目錄

第1章緒論

1.1實時嵌入式系統及其特徵

1.1.1反應式系統

1.1.2實時系統

1.1.3安全關鍵系統

1.1.4混合關鍵系統

1.1.5分散式實時系統

1.2嵌入式系統設計過程與方法

1.2.1MBD方法

1.2.2CBD方法

1.2.3PBD方法

1.2.4IBD方法

1.2.5形式化方法

1.3計算模型、程式語言與軟體實現

1.4實時嵌入式系統設計方法存在的關鍵問題

1.5本書的組織結構

思考題

第2章實時嵌入式系統硬體架構

2.1微處理器/微控制器

2.1.1CortexM3體系結構

2.1.2XMOS處理器

2.1.3嵌入式處理器IP

2.1.4英飛凌AURIX微控制器

2.2存儲器

2.2.1SPM

2.2.2TCM

2.3定時與脈寬調製

2.3.1計數器與定時器

2.3.2脈寬調製器

2.4系統匯流排

2.4.1PCI匯流排

2.4.2PCIe匯流排

2.4.3AMBA匯流排

2.4.4MicroBlaze系統匯流排

2.5本章小結

思考題

第3章實時作業系統

3.1反應式核心

3.2系統服務

3.2.1任務管理

3.2.2任務互斥、同步、通信

3.2.3記憶體管理

3.2.4時間管理

3.2.5I/O管理

3.2.6異常與中斷管理

3.3RTOS主要性能指標和測試套

3.4典型的RTOS

3.4.1μC/OSⅡ

3.4.2FreeRTOS

3.4.3RTEMS

3.5RTOS標準

3.5.1POSIXRT標準

3.5.2OSEK/VDX標準

3.5.3AUTOSAR OS標準

3.5.4ARINC 653標準

3.6本章小結

思考題

第4章實時任務調度

4.1任務與作業

4.2任務約束

4.2.1事件時序約束模型

4.2.2任務時序約束模型

4.3任務調度

4.3.1任務調度器屬性

4.3.2調度算法分類

4.3.3處理器利用率

4.4調度算法

4.4.1時鐘驅動調度

4.4.2動態任務調度

4.4.3混合任務集調度

4.4.4優先約束任務調度

4.4.5模式切換

4.4.6基於釋放時間的調度

4.4.7有限搶占調度

4.4.8過載處理

4.5可調度性測試與分析

4.5.1EDD保證性測試

4.5.2EDF可調度性測試

4.5.3RM可調度性測試

4.5.4DM算法可調度性

4.5.5回響時間分析

4.6WCET估算

4.6.1影響程式執行時間的因素

4.6.2靜態WCET分析

4.7本章小結

思考題

第5章共享資源訪問控制

5.1互斥

5.2死鎖

5.2.1檢測算法

5.2.2恢復算法

5.2.3死鎖避免

5.2.4死鎖預防

5.2.5替代同步方法

5.3優先權反轉

5.3.1非搶占協定

5.3.2優先權繼承協定

5.3.3天花板優先權協定

5.3.4優先權天花板協定

5.3.5棧資源策略

5.3.6同步協定比較

5.4本章小結

思考題

第6章多處理器與分散式實時系統

6.1多處理器任務調度

6.1.1分區任務調度

6.1.2全局任務調度

6.1.3調度異常

6.2多處理器資源同步

6.2.1存儲模型

6.2.2鎖與互斥訪存

6.2.3多處理器互斥

6.3分散式資源同步

6.3.1分散式互斥

6.3.2分散式死鎖

6.4時鐘同步

6.4.1集中式時鐘同步

6.4.2分散式時鐘同步

6.5分散式實時系統整體調度

6.5.1端到端資源、任務與訊息

6.5.2任務同步控制機制

6.5.3釋放抖動

6.5.4整體可調度性分析算法

6.6現場匯流排

6.6.1CAN匯流排

6.6.2CANopen匯流排

6.7通信網路

6.7.1基本模型

6.7.2AFDX協定

6.7.3FlexRay協定

6.7.4TTP

6.7.5時間觸發體系結構

6.7.6時間觸發乙太網

6.7.7無線感測器網路

6.8本章小結

思考題

第7章實時嵌入式軟體設計

7.1任務定義與劃分

7.1.1DARTS方法

7.1.2COMET方法

7.1.3任務時間預算

7.2嵌入式程式結構

7.2.1多任務協作

7.2.2主循環結構

7.3時序約束與編程模型

7.3.1時序約束與時鐘

7.3.2實時語言的時間語義

7.3.3實時編程模型

7.3.4程式語句級時序控制

7.4實時程式語言

7.4.1異步範式

7.4.2同步範式

7.5本章小結

思考題

第8章形式化方法

8.1系統級設計方法

8.1.1離散事件系統

8.1.2事件動作模型

8.1.3時間約束滿足問題

8.1.4抽象建模

8.1.5形式驗證

8.2離散行為建模與驗證

8.2.1狀態機模型

8.2.2數據流模型

8.2.3時態邏輯

8.2.4實時邏輯

8.2.5模型檢測驗證示例

8.2.6混成系統建模與驗證

8.3構件組合模型

8.3.1IOA與TIOA

8.3.2IA和TIA

8.3.3語義擴展

8.3.4模組化性能分析

8.4精化與EventB方法

8.5本章小結

思考題

第9章體系結構建模語言與設計框架

9.1體系結構建模方法

9.2時間行為建模方法

9.2.1時間行為描述

9.2.2時間行為精化

9.3MARTE

9.3.1MARTE時間模型

9.3.2時間行為建模

9.3.3資源建模與模型分析

9.4CCSL

9.4.1時鐘約束

9.4.2時間約束分析

9.5AADL

9.5.1系統體系結構

9.5.2軟體和硬體構件定義

9.5.3特徵分析

9.6BIP

9.6.1系統行為建模

9.6.2待驗證屬性的建模

9.6.3BIP工具集

9.7Ptolemy Ⅱ

9.8AUTOSAR

9.8.1AUTOSAR分層體系結構

9.8.2AUTOSAR軟體架構接口

9.8.3AUTOSAR開發流程

9.8.4AUTOSAR需求工程EASTADL2

9.8.5AUTOSAR時間擴展TIMEX

9.9本章小結

思考題

第10章RTES示例與輔助設計工具

10.1嵌入式控制系統

10.1.1控制器設計步驟

10.1.2PID控制器設計

10.2引擎管理系統

10.2.1汽車發動機工作原理

10.2.2基於AUTOSAR的EMS

10.2.3測試套EMSBench

10.3輔助設計工具

10.3.1代碼執行時間分析

10.3.2可調度性分析與仿真

10.3.3系統建模、設計與分析

10.4本章小結

參考文獻