嵌入式系统设计：CPS与物联网应用（原书第3版）

　　本书全面讲解嵌入式系统的基础知识，包括在信息物理系统和物联网中的应用。首先对嵌入式和CPS的规范模型和语言进行简单概述，然后介绍了相关的硬件设备和系统软件，包括实时操作系统。书中还讨论了嵌入式系统的评估和验证技术，并概述了将应用程序映射到执行平台（包括多核心平台）的技术。嵌入式系统必须在严格的约束下运行，因此，本书还讨论了优化技术。第3版进行了重要更新和修订，以反映新的趋势，例如：信息物理系统和物联网的重要性，从单核处理器到多核处理器的发展，以及能源效率和热量问题的重要性。

　　：作者简介： 彼得？马韦德尔（Peter Marwedel） 多特蒙德工业大学教授，曾任计算机科学系嵌入式系统方向负责人。他是IEEE会士、DATE会士，曾荣获ACM SIGDA杰出服务奖、EDAA终身成就奖以及ESWEEK终身成就奖。他的研究兴趣是嵌入式系统的自动化设计，特别是构建高效嵌入式软件，专注于能源效率和时间可预测性。：译者简介： 张凯龙 博士、博士后（法国），西北工业大学计算机学院副教授、博士生导师，中国计算机学会嵌入式系统专委会秘书长。主要研究方向为实时智能系统、空天地群智能系统、智能交通系统及计算机仿真技术等。

出版者的话
译者序
前言
致谢
作者简介
常用数学符号
第 1 章　引言1
1.1　术语演化史111.2　机遇3
1.3　挑战5
1.4　共性特征11
1.5　嵌入式系统的课程综合12
1.6　设计流11
41.7　本书的组织结构 17
1.8　习题18
第 2 章　规格与建模19
2.1　需求19
2.2　计算模型23
2.3　早期设计阶段27
2.3.1　用例27
2.3.2　（消息）序列图以及时间 / 距离图128
2.3.3　微分方程 30
2.4　通信有限状态机 31
2.4.1　时间自动机32
2.4.2　StateCharts：隐式共享内存通信33
2.4.3　同步语言40
2.4.4　消息传递：以SDL为例41
2.5　数据流46
2.5.1　范畴46
2.5.2　卡恩进程网络47
2.5.3　同步数据流49
2.5.4　Simulink51
2.6　Petri网52
2.6.1　概述52
2.6.2　条件/事件网54
2.6.3　库所/变迁网55
2.6.4　谓词/变迁网58
2.6.5　评价59
2.7　基于离散事件的语言60
2.7.1　基本的离散事件仿真周期60
2.7.2　多值逻辑62
2.7.3　事务级建模65
2.7.4　SpecC67
2.7.5　SystemC68
2.7.6　VHDL69
2.7.7　Verilog和SystemVerilog77
2.8　冯·诺依曼语言78
2.8.1　CSP78
2.8.2　Ada78
2.8.3　Java80
2.8.4　通信库81
2.8.5　其他语言82
2.9　硬件建模级别83
2.10　计算模型的比较84
2.10.1　 标准84
2.10.2　 UML86
2.10.3　 Ptolemy II88
2.11　习题88
第3章　嵌入式系统硬件91
3.1　概述91
3.2　输入92
3.2.1　传感器92
3.2.2　时间离散化：采样保持电路94
3.2.3　信号的傅里叶近似94
3.2.4　值的离散化：模-数转换器97
3.3　处理单元101
3.3.1　专用集成电路102
3.3.2　处理器102
3.3.3　可重构逻辑118
3.4　存储器120
3.4.1　一组冲突的目标120
3.4.2　分层存储结构121
3.4.3　寄存器文件122
3.4.4　高速缓存122
3.4.5　暂存存储器124
3.5　通信124
3.5.1　要求124
3.5.2　电气鲁棒性125
3.5.3　确保实时行为126
3.5.4　示例127
3.6　输出128
3.6.1　数-模转换器129
3.6.2　采样定理130
3.6.3　脉冲宽度调制134
3.6.4　作动器135
3.7　电能：能源效率、能源产生及存储136
3.7.1　硬件组件的能源效率136
3.7.2　电能来源138
3.7.3　能量存储138
3.8　安全硬件140
3.9　习题141
第4章　系统软件144
4.1　嵌入式操作系统144
4.1.1　基本要求144
4.1.2　实时操作系统147
4.1.3　虚拟机149
4.2　资源访问协议149
4.2.1　优先级翻转149
4.2.2　优先级继承151
4.2.3　优先级天花板协议153
4.2.4　栈资源策略154
4.3　ERIKA156
4.4　嵌入式Linux158
4.4.1　嵌入式Linux的结构与大小159
4.4.2　实时属性160
4.4.3　flash存储器文件系统161
4.4.4　减少RAM使用162
4.4.5　uClinux——面向无MMU系统的Linux163
4.4.6　评估嵌入式系统中Linux的使用164
4.5　硬件抽象层164
4.6　中间件165
4.6.1　OSEK/VDX COM165
4.6.2　CORBA165
4.6.3　POSIX线程166
4.6.4　UPnP、DPWS和JXTA166
4.7　实时数据库167
4.8　习题167
第5章　评估与验证169
5.1　概述169
5.1.1　范畴169
5.1.2　多目标优化169
5.1.3　一组相关目标171
5.2　性能评估171
5.2.1　早期阶段171
5.2.2　WCET估计172
5.2.3　实时演算176
5.3　质量度量179
5.3.1　近似计算179
5.3.2　简单的质量标准180
5.3.3　数据分析的标准182
5.4　能量和功率模型183
5.4.1　一般属性183
5.4.2　存储器分析184
5.4.3　指令和指令间影响分析184
5.4.4　主功能处理器单元分析184
5.4.5　处理器与存储器能耗分析185
5.4.6　整体应用分析186
5.4.7　支持多线程的多应用分析187
5.4.8　Android手机中的通信分析188
5.4.9　最坏情况能耗189
5.5　热模型189
5.6　可信度与风险分析194
5.6.1　可信度的几个方面194
5.6.2　可靠安全性分析195
5.6.3　防护安全性分析196
5.6.4　可靠性分析196
5.6.5　故障树分析、失效模式与影响分析201
5.7　仿真202
5.8　快速原型与模拟203
5.9　形式化验证204
5.10　习题205
第6章　应用映射207
6.1?调度问题的定义207
6.1.1　设计问题的详细阐述207
6.1.2　调度问题的类型209
6.2　单处理器调度213
6.2.1　相互独立的作业213
6.2.2　带有优先序约束的调度217
6.2.3　无优先序约束的周期性调度218
6.2.4　带有优先序约束的周期性调度223
6.2.5　零星事件224
6.3　相同多处理器上独立作业的调度224
6.3.1　隐式截止期任务的分区调度224
6.3.2　面向隐式截止期的全局动态优先级调度227
6.3.3　面向隐式截止期的全局固定作业优先级调度228
6.3.4　面向隐式截止期的全局固定任务优先级调度231
6.4　同构多处理器上的关联作业232
6.4.1　ASAP调度233
6.4.2　ALAP调度234
6.4.3　列表调度235
6.4.4　基于整数线性规划的最优调度236
6.5　异构多处理器上的关联作业237
6.5.1　问题描述237
6.5.2　采用局部启发的静态调度237
6.5.3　采用整数线性规划的静态调度240
6.5.4　采用进化算法的静态调度240
6.5.5　动态混合调度244
6.6　习题244
第7章　优化246
7.1?高级优化246
7.1.1?简单循环变换246
7.1.2?循环分块248
7.1.3?循环分裂249
7.1.4?数组折叠250
7.1.5?浮点到定点的转换251
7.2?任务级并发管理252
7.3?嵌入式系统编译器255
7.3.1?概述255
7.3.2?能量感知编译255
7.3.3?存储体系感知编译256
7.3.4?协调编译与时间分析262
7.4?功率与热管理263
7.4.1?动态电压与频率调节263
7.4.2?动态电源管理265
7.4.3?MPSoC的热管理265
7.5?习题266
第8章　测试268
8.1?范畴268
8.2?测试过程269
8.2.1?门级模型的测试模式生成269
8.2.2?自检程序269
8.3?测试模式集与系统鲁棒性的评估270
8.3.1?故障覆盖率270
8.3.2?故障模拟270
8.3.3?故障注入271
8.4?可测试性的设计271
8.4.1?动机271
8.4.2?扫描设计272
8.4.3?特征分析273
8.4.4?伪随机测试模式生成274
8.4.5?内置逻辑块观察器275
8.5?习题276
附录A　整数线性规划277
附录B　基尔霍夫定律与运算放大器279
附录C　分页与内存管理单元283
参考文献
　参考文献为在线资源，请访问华章网站 www. hzbook. com 下载。——编辑注