嵌入式計算系統設計原理（原書第4版）

《嵌入式計算系統設計原理（原書第4版）》是2018年7月機械工業出版社出版的圖書，作者是[美]瑪里琳·沃爾夫（Marilyn Wolf）。

基本介紹

• 中文名：嵌入式計算系統設計原理（原書第4版）
• 作者：[美]瑪里琳·沃爾夫（Marilyn Wolf）
• ISBN：9787111601487
• 定價：99元
• 出版社：機械工業出版社
• 出版時間：2018年7月
• 開本：16開

內容簡介

本書從組件技術的視角出發，介紹了嵌入式系統設計技術和技巧，並將安全性貫穿全書。全書每一章涵蓋一個專題，包括與嵌人式系統設計相關的若干主要內容：指令系統、CPU、計算平台、程式設計與分析、進程和作業系統、系統設計技術、物聯網、汽車與航天系統以及嵌入式多處理器等。本書適合作為計算機、電子信息、通信工程、自動化、機電一體化、儀器儀表及相關專業高年級本科生和研究生的教材，也適合相關的工程技術人員參考。

圖書目錄

出版者的話

譯者序

第1版序言

第4版前言

第3版前言

第2版前言

第1版前言

第1章　嵌入式計算1

1.1　引言1

1.2　複雜系統與微處理器1

1.2.1　嵌入式計算機2

1.2.2　嵌入式計算套用的特點3

1.2.3　為什麼使用微處理器4

1.2.4　信息物理系統6

1.2.5　防危性和安全性6

1.2.6　嵌入式計算系統設計所面臨的挑戰8

1.2.7　嵌入式計算系統的性能9

1.3　嵌入式系統設計過程9

1.3.1　需求10

1.3.2　規格說明14

1.3.3　體系結構設計14

1.3.4　設計硬體與軟體組件16

1.3.5　系統集成16

1.3.6　系統設計的形式化方法16

1.3.7　結構描述17

1.3.8　行為描述20

1.4　設計示例：模型火車控制器22

1.4.1　需求23

1.4.2　DCC24

1.4.3　概念性規格說明25

1.4.4　詳細規格說明27

1.4.5　經驗總結32

1.5　本書導讀32

1.5.1　第2章：指令集33

1.5.2　第3章：CPU33

1.5.3　第4章：計算平台33

1.5.4　第5章：程式設計與分析34

1.5.5　第6章：進程和作業系統34

1.5.6　第7章：系統設計技術35

1.5.7　第8章：物聯網系統35

1.5.8　第9章：汽車和航天系統35

1.5.9　第10章：嵌入式多處理器36

1.6　總結36

我們學到了什麼36

擴展閱讀36

問題37

上機練習38

第2章　指令集39

2.1　引言39

2.2　預備知識39

2.2.1　計算機體系結構分類39

2.2.2　彙編語言41

2.2.3　VLIW處理器42

2.3　ARM處理器43

2.3.1　處理器和存儲體系44

2.3.2　數據運算44

2.3.3　控制流程49

2.3.4　ARM的高級特性54

2.4　PICmicro系列中端微處理器55

2.4.1　處理器和存儲體系55

2.4.2　數據操作55

2.4.3　控制流程57

2.5　TI C55x DSP58

2.5.1　處理器和存儲體系58

2.5.2　定址模式61

2.5.3　數據操作62

2.5.4　控制流程63

2.5.5　C語言編程指南64

2.6　TI C64x65

2.7　總結68

我們學到了什麼68

擴展閱讀68

問題68

上機練習69

第3章　CPU70

3.1　引言70

3.2　輸入/輸出編程70

3.2.1　輸入/輸出設備70

3.2.2　輸入/輸出原語72

3.2.3　忙等待I/O73

3.2.4　中斷74

3.3　特權模式、異常和陷阱85

3.3.1　特權模式85

3.3.2　異常85

3.3.3　陷阱86

3.4　協處理器86

3.5　存儲系統機制86

3.5.1　高速快取87

3.5.2　存儲管理單元和地址轉換91

3.6　CPU性能94

3.6.1　流水線技術94

3.6.2　高速快取的性能98

3.7　CPU的功耗99

3.7.1　CMOS功耗99

3.7.2　電源管理模式99

3.7.3　程式級電源管理101

3.8　防危性和安全性102

3.9　設計示例：數據壓縮器103

3.9.1　需求和算法103

3.9.2　規格說明105

3.9.3　程式設計106

3.9.4　測試111

3.10　總結112

我們學到了什麼112

擴展閱讀112

問題112

上機練習115

第4章　計算平台116

4.1　引言116

4.2　基本的計算平台116

4.2.1　平台硬體組件116

4.2.2　平台軟體組件118

4.3　CPU匯流排119

4.3.1　匯流排結構和協定119

4.3.2　直接記憶體訪問124

4.3.3　系統匯流排配置125

4.4　存儲設備和系統127

4.5　基於計算平台的系統設計129

4.5.1　示例平台129

4.5.2　選擇平台129

4.5.3　智慧財產權131

4.5.4　開發環境132

4.5.5　看門狗定時器132

4.5.6　調試技術133

4.5.7　調試中的困難和挑戰135

4.6　消費類電子設備的體系結構136

4.6.1　消費類電子設備的用例和需求136

4.6.2　檔案系統137

4.7　平台級性能分析138

4.8　平台級電源管理141

4.9　設計示例：鬧鐘142

4.9.1　需求142

4.9.2　規格說明143

4.9.3　系統體系結構146

4.9.4　組件設計和測試147

4.9.5　系統集成和測試147

4.10　設計示例：音頻播放器147

4.10.1　工作原理和需求147

4.10.2　規格說明149

4.10.3　系統體系結構150

4.10.4　組件設計和測試151

4.10.5　系統集成和調試151

4.11　總結151

我們學到了什麼151

擴展閱讀151

問題152

上機練習154

第5章　程式設計與分析155

5.1　引言155

5.2　嵌入式程式的組件155

5.2.1　狀態機155

5.2.2　循環緩衝區和面向流的程式設計157

5.2.3　佇列與生產者/消費者系統161

5.3　程式模型163

5.3.1　數據流圖163

5.3.2　控制/數據流圖164

5.4　彙編、連結和載入166

5.4.1　彙編器167

5.4.2　連結170

5.4.3　目標代碼設計171

5.5　編譯技術172

5.5.1　編譯過程172

5.5.2　基本編譯方法173

5.5.3　編譯器最佳化方法179

5.6　程式級性能分析185

5.6.1　程式性能分析186

5.6.2　測量驅動的性能分析190

5.7　軟體性能最佳化193

5.7.1　循環的基本最佳化193

5.7.2　針對高速快取的最佳化194

5.7.3　性能最佳化策略196

5.8　程式級的能量和功率分析及最佳化197

5.9　程式長度的分析和最佳化199

5.10　程式驗證和測試200

5.10.1　白盒測試201

5.10.2　黑盒測試205

5.10.3　功能性測試206

5.11　防危性與安全性207

5.12　設計示例：軟體數據機207

5.12.1　工作原理和需求207

5.12.2　規格說明209

5.12.3　系統體系結構209

5.12.4　組件設計和測試210

5.12.5　系統集成和測試210

5.13　設計示例：數位相機210

5.13.1　工作原理和需求210

5.13.2　規格說明214

5.13.3　系統體系結構216

5.13.4　組件設計和測試218

5.13.5　系統集成和測試218

5.14　總結218

我們學到了什麼218

擴展閱讀218

問題219

上機練習225

第6章　進程和作業系統227

6.1　引言227

6.2　多任務和多進程227

6.3　多速率系統229

6.3.1　進程的時間約束230

6.3.2　CPU使用效率度量標準234

6.3.3　進程狀態和調度234

6.3.4　運行周期性進程235

6.4　搶占式實時作業系統237

6.4.1　兩個基本概念237

6.4.2　進程和上下文238

6.4.3　進程和面向對象設計240

6.5　基於優先權的調度241

6.5.1　單調速率調度242

6.5.2　最早截止時限優先調度244

6.5.3　RMS與EDF比較248

6.5.4　共享資源248

6.5.5　優先權反轉250

6.5.6　低功耗調度250

6.5.7　對模型假設的進一步分析250

6.6　進程間通信機制252

6.6.1　共享記憶體通信252

6.6.2　訊息傳遞253

6.6.3　信號254

6.6.4　信箱254

6.7　評估作業系統性能255

6.8　實時作業系統示例258

6.9　設計示例：電話答錄機263

6.9.1　工作原理和需求263

6.9.2　規格說明265

6.9.3　系統體系結構267

6.9.4　組件設計和測試268

6.9.5　系統集成和測試269

6.10　設計示例：發動機控制單元269

6.10.1　工作原理和需求269

6.10.2　規格說明270

6.10.3　系統體系結構270

6.10.4　組件設計和測試272

6.10.5　系統集成和測試272

6.11　總結272

我們學到了什麼273

擴展閱讀273

問題273

上機練習277

第7章　系統設計技術279

7.1　引言279

7.2　設計方法279

7.2.1　為什麼需要設計方法279

7.2.2　設計流程281

7.3　需求分析285

7.4　規格說明286

7.4.1　面向控制的規格說明語言286

7.4.2　改進的規格說明288

7.5　系統分析和架構設計290

7.6　可靠性、防危性和安全性293

7.6.1　示例293

7.6.2　質量保證技術296

7.6.3　驗證規格說明297

7.6.4　設計審查298

7.6.5　面向安全的方法299

7.7　總結301

我們學到了什麼301

擴展閱讀301

問題301

上機練習302

第8章　物聯網系統303

8.1　引言303

8.2　IoT系統套用303

8.3　IoT系統體系結構304

8.4　IoT網路305

8.4.1　OSI模型306

8.4.2　網際網路協定306

8.4.3　IoT網路的概念308

8.4.4　藍牙和低功耗藍牙310

8.4.5　802.15.4和無線個域網312

8.4.6　Wi-Fi313

8.5　資料庫和時間輪315

8.5.1　資料庫315

8.5.2　時間輪317

8.6　示例：智慧型家居317

8.7　總結319

我們學到了什麼319

擴展閱讀320

問題320

上機練習320

第9章　汽車和航天系統321

9.1　引言321

9.2　汽車和飛機中的網路控制系統321

9.3　車載網路323

9.3.1　CAN匯流排323

9.3.2　其他汽車網路325

9.4　防危性和安全性326

9.5　總結327

我們學到了什麼328

擴展閱讀328

問題328

上機練習328

第10章　嵌入式多處理器329

10.1　引言329

10.2　為什麼需要多處理器329

10.3　多處理器的種類331

10.4　MPSOC和共享記憶體多處理器332

10.4.1　異構共享記憶體多處理器333

10.4.2　加速器333

10.4.3　加速器性能分析335

10.4.4　調度和分配337

10.4.5　系統集成339

10.4.6　調試342

10.5　設計示例：視頻加速器342

10.5.1　視頻壓縮342

10.5.2　算法和需求344

10.5.3　規格說明345

10.5.4　架構345

10.5.5　組件設計347

10.5.6　系統測試348

10.6　套用示例：光碟348

10.7　總結351

我們學到了什麼351

擴展閱讀351

問題351

上機練習352

術語表353

參考文獻366

索引374