實時嵌入式系統軟體設計

《實時嵌入式系統軟體設計》是2018年12月1日機械工業出版社出版的圖書，作者是[美] 哈桑·戈瑪（ Hassan Gomaa） 。

基本介紹

• 中文名：實時嵌入式系統軟體設計
• 作者：[美] 哈桑·戈瑪（ Hassan Gomaa）
• 出版社：機械工業出版社
• ISBN：9787111615309

內容簡介

本教材向讀者介紹了關於實時嵌入式系統設計過程中採用SysML，UML和MARTE從用例到完整軟體體系結構方面的內容，展示了如何針對實際問題套用COMET/RTE設計方法。本教材涵蓋了關鍵主題，例如實時系統的用例、實時控制的狀態機、分散式和分層實時控制的體系結構模式、實時基於組件的軟體體系結構模式、採用實時調度的實時設計性能分析，以及單處理器和多處理器系統時序分析。

圖書目錄

出版者的話

譯者序

前言

致謝

第一部分　概述

第1章　引言2

1.1　挑戰2

1.2　實時嵌入式系統和套用軟體2

1.3　實時嵌入式系統的特徵3

1.4　分散式實時嵌入式系統5

1.5　信息物理系統6

1.6　嵌入式系統實時軟體設計方法需求6

1.7　COMET/RTE：用於嵌入式系統的實時軟體設計方法7

1.8　可視化建模語言：UML、SysML和MARTE7

1.9　小結7

第2章　UML、SysML和MARTE概述9

2.1　使用SysML和UML的模型驅動體系結構9

2.2　用例圖10

2.3　類和對象11

2.4　類圖11

2.5　互動圖12

2.6　狀態機圖14

2.7　包圖15

2.8　並發序列圖和通信圖15

2.9　部署圖16

2.10　組合結構圖17

2.11　UML擴展機制和擴展集18

2.12　SysML19

2.13　MARTE擴展集20

2.14　時序圖21

2.15　UML、SysML和MARTE的工具支持21

2.16　小結22

第3章　實時軟體設計和體系結構概念23

3.1　面向對象概念23

3.2　信息隱藏24

3.3　繼承25

3.4　主動和被動對象26

3.5　並發處理26

3.6　並發任務之間的合作27

3.7　信息隱藏套用於訪問同步30

3.8　實時並發處理的運行時支持30

3.9　任務調度31

3.10　軟體體系結構和組件33

3.11　小結34

第二部分　實時軟體設計方法

第4章　實時嵌入式系統軟體設計方法概述36

4.1　COMET/RTE系統和軟體生命周期模型36

4.2　COMET/RTE生命周期模型37

4.3　COMET/RTE生命周期與其他軟體過程比較39

4.4　實時嵌入式系統設計方法綜述40

4.5　系統和軟體體系結構的多個視圖41

4.6　小結42

第5章　SysML和UML實時嵌入式系統結構化建模43

5.1　靜態建模概念43

5.2　用構造型歸類塊和類46

5.3　SysML問題域結構化建模46

5.4　系統上下文結構化建模48

5.5　硬體/軟體邊界建模50

5.6　軟體系統上下文結構化建模51

5.7　定義硬體/軟體接口54

5.8　系統部署建模54

5.9　小結55

第6章　實時嵌入式系統用例建模56

6.1　用例56

6.2　角色56

6.3　確定用例60

6.4　用例模型中的用例文檔61

6.5　指定非功能需求61

6.6　用例描述舉例62

6.7　用例關係65

6.8　包含用例關係65

6.9　擴展用例關係67

6.10　用例包69

6.11　小結69

第7章　實時嵌入式系統狀態機71

7.1　狀態機71

7.2　狀態機示例73

7.3　事件和監護條件74

7.4　動作74

7.5　分層狀態機79

7.6　協作狀態機82

7.7　繼承狀態機84

7.8　從用例中開發狀態機85

7.9　從用例中開發狀態機的示例85

7.10　小結88

第8章　為實時嵌入式軟體構造對象和類89

8.1　對象和類的構造標準89

8.2　對象和類的構造類別90

8.3　對象的行為和模式90

8.4　邊界類和對象91

8.5　實體類和對象95

8.6　控制類和對象96

8.7　套用邏輯類和對象98

8.8　小結100

第9章　實時嵌入式軟體動態互動建模101

9.1　對象互動建模101

9.2　訊息序列描述102

9.3　動態互動建模方法102

9.4　無狀態的動態互動建模103

9.5　無狀態的動態互動建模示例103

9.6　依賴於狀態的動態互動建模107

9.7　依賴於狀態的動態互動建模示例：微波爐系統109

9.8　小結116

第10章　實時嵌入式系統軟體體系結構117

10.1　軟體體系結構概述117

10.2　軟體體系結構的多個視圖119

10.3　從分析過渡到設計121

10.4　子系統設計中的關注點分離123

10.5　子系統構造標準125

10.6　確定子系統間的訊息通信130

10.7　小結131

第11章　實時嵌入式系統軟體體系結構模式132

11.1　軟體設計模式132

11.2　分層軟體體系結構模式133

11.3　實時軟體體系結構的控制模式135

11.4　客戶/服務軟體體系結構模式138

11.5　基本軟體體系結構通信模式140

11.6　軟體體系結構代理模式145

11.7　分組訊息通信模式147

11.8　編寫軟體體系結構模式文檔148

11.9　軟體體系結構模式套用149

11.10　小結149

第12章　基於組件的實時嵌入式系統軟體體系結構150

12.1　基於組件的軟體體系結構150

12.2　基於組件的分散式軟體體系結構設計151

12.3　組件接口設計151

12.4　複合組件設計153

12.5　基於組件的軟體體系結構示例155

12.6　組件構造標準156

12.7　服務組件設計158

12.8　數據分布161

12.9　軟體部署162

12.10　軟體連線器設計163

12.11　小結165

第13章　並發實時軟體任務設計166

13.1　並發任務構造問題166

13.2　分類並發任務166

13.3　I/O任務構造標準167

13.4　內部任務構造標準172

13.5　任務優先權標準177

13.6　任務聚簇標準178

13.7　用任務反演進行設計重構183

13.8　開發任務體系結構184

13.9　任務通信和同步185

13.10　任務接口與任務行為規範189

13.11　小結189

第14章　實時軟體詳細設計191

14.1　組合任務設計191

14.2　類訪問同步196

14.3　監視器設計199

14.4　任務間通信連線器設計203

14.5　任務事件序列邏輯209

14.6　機器人和視覺系統中的實時軟體詳細設計210

14.7　並發任務的Java實現211

14.8　小結212

第15章　實時軟體產品線體系結構設計213

15.1　軟體產品線工程213

15.2　微波爐軟體產品線問題描述214

15.3　軟體產品線需求建模214

15.4　軟體產品線分析建模218

15.5　軟體產品線設計建模222

15.6　小結224

第三部分　實時軟體設計分析

第16章　實時嵌入式系統的系統和軟體質量屬性226

16.1　可擴展性226

16.2　性能227

16.3　可用性227

16.4　安全性228

16.5　信息安全229

16.6　可維護性229

16.7　可修改性230

16.8　可測試性231

16.9　可跟蹤性232

16.10　可重用性232

16.11　小結233

第17章　實時軟體設計的性能分析234

17.1　實時調度理論234

17.2　非周期任務和任務同步的實時調度239

17.3　廣義實時調度理論240

17.4　使用事件序列分析進行性能分析243

17.5　使用實時調度理論和事件序列分析進行性能分析245

17.6　高級實時調度算法245

17.7　多處理器系統的性能分析246

17.8　性能參數的估計和測量249

17.9　小結250

第18章　性能分析套用於實時軟體設計251

18.1　使用事件序列分析進行性能分析的示例251

18.2　用實時調度理論進行性能分析的示例255

18.3　用實時調度理論和事件序列分析進行性能分析的示例258

18.4　設計重構268

18.5　小結268

第四部分　實時嵌入式系統軟體

設計案例研究

第19章　微波爐控制系統案例研究270

19.1　問題描述270

19.2　結構化建模270

19.3　用例建模272

19.4　構造對象和類275

19.5　動態狀態機建模276

19.6　動態互動建模280

19.7　設計建模290

19.8　實時軟體設計的性能分析297

19.9　基於組件的軟體體系結構301

19.10　詳細的軟體設計305

19.11　系統配置和部署307

第20章　鐵路道口控制系統案例研究309

20.1　問題描述309

20.2　結構化建模309

20.3　用例建模313

20.4　動態狀態機建模315

20.5　構造對象和類317

20.6　動態互動建模318

20.7　設計建模323

20.8　實時軟體設計的性能分析328

20.9　基於組件的軟體體系結構330

20.10　系統配置和部署334

第21章　輕軌控制系統案例研究336

21.1　問題描述336

21.2　結構化建模337

21.3　用例建模338

21.4　動態狀態機建模346

21.5　構造子系統351

21.6　構造對象和類351

21.7　動態互動建模354

21.8　設計建模364

21.9　子系統綜合通信圖364

21.10　分散式輕軌系統設計366

21.11　基於組件的軟體體系結構373

21.12　系統配置和部署375

第22章　泵控制系統案例研究377

22.1　問題描述377

22.2　結構化建模377

22.3　用例建模378

22.4　構造對象和類380

22.5　動態狀態機建模380

22.6　動態互動建模382

22.7　設計建模383

第23章　高速公路收費控制系統案例研究387

23.1　問題描述387

23.2　用例建模387

23.3　軟體系統上下文建模389

23.4　構造對象和類389

23.5　動態狀態機建模390

23.6　動態互動建模390

23.7　設計建模392

附錄A　本書使用的約定396

附錄B　軟體體系結構模式目錄399

附錄C　並發任務偽碼模板415

附錄D　教學考慮420

辭彙表422

參考文獻433

索引439