計算機科學叢書：高性能嵌入式計算

《計算機科學叢書：高性能嵌入式計算》是2010年機械工業出版社出版的圖書，作者是沃爾夫。

基本介紹

• 中文名：計算機科學叢書：高性能嵌入式計算
• 外文名：High-Performance Embedded Computing Architectures,Applications,and Methodologies
• 作者：沃爾夫(Wayne Wolf)
• 譯者：鞠大鵬
• 語言：簡體中文
• 出版時間：2010年6月1日
• 出版社：機械工業出版社 
• 頁數：332 頁
• ISBN：711128822X, 9787111288220
• 開本：16 開
• 類型：計算機與網際網路

內容簡介

《高性能嵌入式計算》從性能、功率、能耗等方面闡述了嵌入式系統與傳統通用計算機系統在設計上的區別。《高性能嵌入式計算》第1章是背景資料，第2章介紹嵌入式系統使用的各種處理器，第3章研究程式，第4章討論多處理器系統，第5章介紹多處理器體系結構，第6章介紹多處理器的軟體及其調度算法，第7章專注於硬體和軟體的協同設計。全書包含大量實例，涵蓋許多嵌入式計算領域的高級主題，適合已熟悉嵌入式軟硬體基礎知識的技術人員和學生閱讀。

《高性能嵌入式計算》：在過去的20年中，雖然嵌入式系統仍是許多消費電子設備、工業設備和軍用設備中不可見的部分，但它作為一個整體己經脫穎而出。如今，嵌入式計算不再限於簡單設備控制，它已經能以高實時處理能力和低能耗來執行複雜的處理任務。

《高性能嵌入式計算》採用一種獨特的量化方法來論述現代嵌入式計算系統的設計，書中根據性能、功率和能量消耗以及成本應達到的量化目標描述了在設計中亟待解決的問題。貫穿全書的實際套用使得《高性能嵌入式計算》對專業人員、研究人員和學生來說都是及時且非常有價值的資源。

《高性能嵌入式計算》特色包含大量現實世界中嵌入式計算套用（比如行動電話、印表機和數位電視等）和體系結構（比如TIC5000系列DSP，Freescale Starcore處理器和TI OMAP多處理器等）的實例：涵蓋嵌入式計算領域的高級主題，比如可配置處理器、針對實時和功率損耗的軟體最佳化、異構多處理器以及嵌入式中間件。·深入論述了網路、可重構系統、軟硬體協同設計、安全性以及程式分析。

圖書目錄

出版者的話

譯者序

前言

本書讚譽

第1章 嵌入式計算

1.1 高性能嵌入式計算的前景

1.2 示例套用

1.2.1 無線電和網路

1.2.2 多媒體

1.2.3 車輛控制和操作

1.2.4 感測器網路

1.3 設計目標

1.4 設計方法

1.4.1 基本設計方法

1.4.2 嵌入式系統設計流程

1.4.3 基於標準的設計方法

1.4.4 設計檢驗和確認

1.4.5 方法論

1.4.6 算法與體系結構聯合開發

1.5 計算模型

1.5.1 為什麼研究計算模型

1.5.2 有限與無限狀態

1.5.3 控制流和數據流模型

1.5.4 並行和通信

1.5.5 並行的來源和使用

1.6 可靠性、安全與防衛

1.6.1 為什麼需要可靠的嵌入式系統

1.6.2 可靠系統設計的基礎

1.6.3 新式攻擊和對策

1.7 電子消費品體系結構

1.7.1 藍牙

1.7.2 WiFi

1.7.3 聯網的電子消費品

1.7.4 高層次服務

1.8 /小結

問題

實驗練習

第2章 CPU.

2.1 介紹

2.2 處理器的比較

2.2.1 評價處理器

2.2.2 處理器的分類

2.2.3 嵌入式處理器與通用處理器

2.3 RISC處理器與數位訊號處理器

2.3.1 RISC處理器

2.3.2 數位訊號處理器

2.4 並行執行機制

2.4.1 超長指令字處理器

2.4.2 超標量處理器

2.4.3 SIMD與向量處理器

2.4.4 執行緒級並行

2.4.5 處理器資源利用率

2.5 性能可變處理器體系結構

2.5.1 電壓和頻率的動態調整

2.5.2 “優於最壞情況”設計

2.6 處理器存儲層次結構

2.6.1 存儲組件模型

2.6.2 暫存器堆

2.6.3 cache

2.6.4 片上SRAM

2.7 附加的CPU技術

2.7.1 編碼壓縮

2.7.2 代碼和數據壓縮

2.7.3 低功耗匯流排編碼

2.7.4 安全性

2.8 CPU模擬

2.8.1 基於執行日誌的分析

2.8.2 直接執行

2.8.3 微系統結構建模模擬器

2.9 CPU的自動化設計

2.9.1 可配置處理器

2.9.2 指令集綜合

2.10 小結

問題

實驗練習

第3章 編程

3.1 介紹

3.2 代碼生成和後端編譯

3.2.1 指令模型

3.2.2 暫存器分配

3.2.3 指令選擇和調度

3.2.4 代碼放置

3.2.5 編程環境

3.3 面向記憶體的最佳化

3.3.1 循環變換

3.3.2 全局最佳化

3.3.3 緩衝區、數據傳輸和存儲管理

3.3.4 面向cache和片上SRAM的最佳化

3.3.5 面向主存的最佳化

3.4 程式性能分析

3.4.1 性能模型

3.4.2 路徑分析

3.4.3 路徑計時

3.5 計算與編程模型

3.5.1 面向中斷的語言

3.5.2 數據流語言

3.5.3 面向控制的語言

3.5.4 Java

3.5.5 計算異構模型

3.6 小結

問題

實驗練習

第4章 進程和作業系統

4.1 介紹

4.2 實時進程調度

4.2.1 預備知識

4.2.2 實時調度算法

4.2.3 動態電壓調整的調度

4.2.4 性能估算

4.3 語言和調度

4.4 作業系統的設計

4.4.1 嵌入式作業系統中的記憶體管理

4.4.2 實時作業系統的結構

4.4.3 作業系統開銷

4.4.4 對調度的支持

4.4.5 進程間通信機制

4.4.6 電源管理

4.4.7 嵌入式設備中的檔案系統

4.5 驗證

4.6 小結

問題

實驗練習

第5章 多處理器體系結構

5.1 介紹

5.2 為什麼需要嵌入式多處理器

5.2.1 嵌入式系統的需求

5.2.2 性能和能耗

5.2.3 專用性和多處理器

5.2.4 可擴展性和效率

5.3 多處理器的設計技巧

5.3.1 多處理器設計方法

5.3.2 多處理器的建模和模擬

5.4 多處理器的結構

5.5 處理單元

5.6 互連網路

5.6.1 模型

5.6.2 網路拓撲

5.6.3 路由和流控制

5.6.4 片上網路

5.7 記憶體系統

5.7.1 傳統的並行記憶體系統

5.7.2 記憶體模型

5.7.3 異構記憶體系統

5.7.4 一致性並行記憶體系統

5.8 物理分散式系統和網路

5.8.1 時間觸發的結構

5.8.2 Flex Ray

5.8.3 飛機網路

5.9 多處理器的設計方法和算法

5.10 小結

問題

實驗練習

第6章 多處理器軟體

6.1 簡介

6.2 嵌入式多處理器軟體的不同之處

6.3 實時多處理器作業系統

6.3.1 作業系統的角色

6.3.2 多處理器調度

6.3.3 動態任務的調度

6.4 嵌入式多處理器系統服務與中間件

6.4.1 基於標準的服務

6.4.2 片上系統服務

6.4.3 服務質量

6.5 設計驗證

6.6 小結

問題

實驗練習

第7章 硬體/軟體協同設計

7.1 簡介

7.2 設計平台

7.3 性能分析

7.3.1 高層綜合

7.3.2 加速器評估復

7.4 硬體/軟體協同綜合算法

7.4.1 程式表示

7.4.2 平台描述

7.4.3 模板驅動的綜合算法

7.4.4 通用多處理器的協同綜合

7.4.5 多對象最佳化

7.4.6 控制和I/O綜合

7.4.7 記憶體系統

7.4.8 可重構系統的協同綜合

7.5 硬體/軟體協同模擬

7.6 小結

問題

實驗練習

術語表

參考文獻

作者簡介

作者：（美國）沃爾夫（Wayne Wolf） 譯者：鞠大鵬 王海霞 汪東升

Wayne Wolf，擁有史丹福大學電子工程博士學位，現為普林斯頓大學電子工程教授。在1 989年加入普林斯頓大學之前，他曾在AT&T貝爾實驗室工作。他是IEEE和IACM會員、IEEE計算機協會核心成員以及ASEE和SPIE成員。Wolf教授於2003年獲得TASEE Frederick E.Terman獎，於2006年獲得了IEEE電路與系統教育獎。除本書外，他還著有《嵌入式計算系統設計原理》和《基於FPGA的系統設計》等書。

序言

本書的目標是為新興的高性能嵌人式計算領域提供一個參考框架。計算機的發展已經遠遠超越了早期的8位微控制器時代。如今，嵌入式計算機由能夠運行成千上萬行代碼的微處理器構成。它們實時運行並且功耗很低。為了適當地設計這類系統，人們已經對嵌入式硬體和軟體特性展開了深入研究。現實生活中的飛機、手機和數位電視等都依賴於高性能嵌入式系統。我們對如何設計這類系統已經相當了解，但還有更多的知識需要掌握。

實時控制實際上是計算機最初的套用之一——第1章中提到的MIT Whirlwind（旋風）計算機研製於20世紀50年代，用於武器控制。但微處理器使嵌人式計算開始在計算機套用領域中占據相對非常重要的位置。儘管複雜的嵌入式系統在1980年以前就已經開始使用，但嵌入式計算作為一個學術研究領域直到20世紀90年代才形成。即便現在，許多傳統的計算機科學和工程學科在探討嵌入式計算課題時並沒有充分了解其他學科研究領域中的相關工作。