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第1章 实时环境1

1.1实时计算机系统1

1.2功能需求2

1.2.1数据采集2

1.2.2直接数字控制4

1.2.3人机交互4

1.3时域需求5

1.3.1时域需求的出处5

1.3.2最小延迟抖动7

1.3.3最小错误检测延迟7

1.4可信需求7

1.4.1可靠性7

1.4.2安全性8

1.4.3可维护性8

1.4.4可用性9

1.4.5信息安全9

1.5实时系统分类9

1.5.1硬实时系统与软实时系统10

1.5.2失效安全系统与失效可运作系统11

1.5.3响应有保证系统与尽力而为系统11

1.5.4资源充分系统与资源受限系统12

1.5.5事件触发系统与时间触发系统12

1.6实时系统产品的市场分析12

1.6.1嵌入式实时系统13

1.6.2工厂自动化系统14

1.6.3多媒体系统15

1.7实时系统典型案例15

1.7.1管道流量控制系统15

1.7.2发动机控制器16

1.7.3自动轧钢系统17

要点回顾18

文献注解19

复习题19

第2章 简约设计21

2.1认知21

2.1.1问题求解21

2.1.2概念定义23

2.1.3认知复杂性23

2.1.4简化策略25

2.2概念图谱25

2.2.1概念形成25

2.2.2科学概念27

2.2.3消息27

2.2.4变量的语义内容28

2.3建模的本质29

2.3.1目标与视角29

2.3.2设计的主要挑战30

2.4涌现行为31

2.4.1不可约性31

2.4.2基础特性和推导特性31

2.4.3复杂系统32

2.5如何开展简约设计33

要点回顾34

文献注解35

复习题36

第3章 全局时间37

3.1时间和序37

3.1.1不同（性质）的序37

3.1.2时钟38

3.1.3精度和准确度40

3.1.4时间标准41

3.2时间测量42

3.2.1全局时间42

3.2.2区间测量43

3.2.3 TT/△优先序44

3.2.4时间测量的根本局限45

3.3稠密时间与稀疏时间45

3.3.1稠密时基46

3.3.2稀疏时基46

3.3.3时空划分47

3.3.4时间的周期性表示48

3.4内时钟同步48

3.4.1同步条件49

3.4.2集中式主控同步50

3.4.3容错同步算法51

3.4.4状态校正与速率校正53

3.5外时钟同步54

3.5.1外部时间源54

3.5.2时间网关55

3.5.3时间格式56

要点回顾56

文献注解57

复习题57

第4章 实时模型59

4.1模型概述59

4.1.1组件和消息59

4.1.2组件集群60

4.1.3时域控制与逻辑控制61

4.1.4事件触发控制与时间触发控制62

4.2组件状态63

4.2.1状态的定义63

4.2.2袖珍计算器案例63

4.2.3基状态64

4.2.4数据库组件66

4.3消息66

4.3.1消息结构66

4.3.2事件信息与状态信息66

4.3.3事件触发消息67

4.3.4时间触发消息68

4.4组件接口68

4.4.1接口特性69

4.4.2链接接口70

4.4.3技术独立控制接口70

4.4.4技术相关调试接口70

4.4.5本地接口71

4.5网关组件71

4.5.1特性失配72

4.5.2网关组件的LIF与本地接口72

4.5.3标准化的消息接口73

4.6链接接口规格74

4.6.1传输规格74

4.6.2操作规格74

4.6.3元级规格75

4.7组件集成76

4.7.1可组合性原则76

4.7.2集成视角77

4.7.3成体系系统77

要点回顾79

文献注解80

复习题80

第5章 时域关系82

5.1实时实体82

5.1.1控制范围82

5.1.2离散实时实体和连续实时实体83

5.2观测83

5.2.1不带时间戳的观测83

5.2.2间接观测84

5.2.3状态观测84

5.2.4事件观测84

5.3实时镜像与实时对象85

5.3.1实时镜像85

5.3.2实时对象85

5.4时域精确性86

5.4.1定义86

5.4.2实时镜像的分类88

5.4.3状态估计89

5.4.4可组合性考虑90

5.5持久性和幂等性90

5.5.1持久性90

5.5.2动作延迟时长91

5.5.3精确性时间间隔与动作延迟92

5.5.4幂等性92

5.6确定性92

5.6.1确定性的定义93

5.6.2一致的初始状态95

5.6.3不确定性设计成分95

5.6.4重获确定性96

要点回顾97

文献注解98

复习题98

第6章 可信性99

6.1基本概念99

6.1.1故障100

6.1.2错误101

6.1.3失效102

6.2信息安全104

6.2.1安全信息流104

6.2.2安全威胁105

6.2.3加密方法106

6.2.4网络身份认证108

6.2.5实时控制数据的保护109

6.3异常检测109

6.3.1什么是异常109

6.3.2失效检测111

6.3.3错误检测111

6.4容错112

6.4.1故障假设113

6.4.2容错单元114

6.4.3成员关系服务116

6.5健壮性117

6.5.1基本概念117

6.5.2健壮系统的结构118

6.6组件重集成118

6.6.1重集成时间点119

6.6.2最小化基状态规模119

6.6.3组件重启120

要点回顾120

文献注解122

复习题122

第7章 实时通信123

7.1需求123

7.1.1实时性需求123

7.1.2可信性需求124

7.1.3灵活性需求126

7.1.4物理结构需求126

7.2设计问题127

7.2.1腰际线通信模型127

7.2.2物理性能限制128

7.2.3流量控制129

7.2.4颠簸130

7.3事件触发通信132

7.3.1以太网132

7.3.2控制器局域网络133

7.3.3用户数据报协议133

7.4速率受限通信134

7.4.1令牌协议134

7.4.2最小时间槽对齐协议ARINC 629134

7.4.3航电全双工交换以太网135

7.4.4音视频总线135

7.5时间触发通信136

7.5.1时间触发协议137

7.5.2时间触发以太网138

7.5.3 FlexRay139

要点回顾139

文献注解140

复习题140

第8章 功耗和能耗感知141

8.1功率与能量141

8.1.1基本概念141

8.1.2能耗估算142

8.1.3热效应与可靠性145

8.2硬件节能技术147

8.2.1器件工艺尺寸缩减147

8.2.2低功耗硬件设计148

8.2.3降低电压和频率148

8.2.4亚门限逻辑149

8.3系统体系结构149

8.3.1技术无关设计149

8.3.2 Pollack定律150

8.3.3电源门控151

8.3.4实时时间与执行时间152

8.4软件技术152

8.4.1系统软件153

8.4.2应用软件153

8.4.3软件工具154

8.5能源154

8.5.1电池154

8.5.2能量回收155

要点回顾155

文献注解156

复习题156

第9章 实时操作系统157

9.1组件间通信157

9.1.1技术独立接口157

9.1.2链接接口158

9.1.3技术相关调试接口158

9.1.4通用中间件158

9.2任务管理158

9.2.1简单任务159

9.2.2触发器任务160

9.2.3复杂任务161

9.3时间的双重作用161

9.3.1时间作为数据162

9.3.2时间用于控制163

9.4任务间交互163

9.4.1协调的静态调度表164

9.4.2非阻塞写入协议164

9.4.3信号量操作165

9.5进程输入与输出165

9.5.1模拟量输入与输出166

9.5.2数字量输入与输出166

9.5.3中断167

9.5.4容错的作动器168

9.5.5智能仪表169

9.5.6物理安装170

9.6协商协议170

9.6.1原始数据、测量数据与议定数据170

9.6.2语法层次协商170

9.6.3语义层次协商171

9.7错误检测171

9.7.1任务执行时间监视171

9.7.2中断监视171

9.7.3两次执行任务172

9.7.4看门狗172

要点回顾172

文献注解173

复习题173

第10章 实时调度174

10.1调度问题174

10.1.1调度算法的分类174

10.1.2可调度性测试175

10.1.3对手论证176

10.2最坏执行时间177

10.2.1简单任务的WCET177

10.2.2复杂任务的WCET179

10.2.3全时算法179

10.2.4应用现状分析180

10.3静态调度180

10.3.1基于搜索的静态调度181

10.3.2增加静态调度的灵活性182

10.4动态调度183

10.4.1独立任务调度183

10.4.2非独立任务调度184

10.5其他调度策略186

10.5.1分布式系统中的调度186

10.5.2反馈调度186

要点回顾187

文献注解188

复习题188

第11章 系统设计189

11.1系统设计概述189

11.1.1设计过程189

11.1.2约束条件的作用190

11.1.3系统设计与软件设计191

11.2设计阶段192

11.2.1目标分析阶段192

11.2.2需求捕获阶段193

11.2.3体系结构设计阶段193

11.2.4组件设计阶段193

11.3设计风格194

11.3.1基于模型的设计194

11.3.2基于组件的设计195

11.3.3体系结构设计语言195

11.3.4对体系结构分解的检查196

11.4安全关键系统的设计198

11.4.1什么是安全性198

11.4.2安全性分析200

11.4.3安全案例202

11.4.4安全标准204

11.5多样性设计205

11.5.1多版本软件206

11.5.2失效安全系统案例206

11.5.3多级系统207

11.6可维护性设计208

11.6.1维护成本208

11.6.2维护策略208

11.6.3软件维护209

要点回顾210

文献注解211

复习题211

第12章 系统确认212

12.1确认与验证212

12.2测试面临的挑战213

12.2.1可测试性设计214

12.2.2测试数据的选择214

12.2.3测试预言215

12.2.4系统演化216

12.3基于组件系统的测试216

12.3.1组件提供者217

12.3.2组件使用者217

12.3.3组件通信217

12.4形式化方法218

12.4.1形式化方法的实际使用218

12.4.2形式化方法的分类218

12.4.3形式化方法的益处219

12.4.4模型检测219

12.5故障注入220

12.5.1软件实现的故障注入220

12.5.2物理故障注入220

12.5.3传感器和作动器失效221

要点回顾222

文献注解222

复习题222

第13章 物联网224

13.1物联网的愿景224

13.2物联网的发展动力225

13.2.1统一的访问225

13.2.2物流225

13.2.3节能225

13.2.4物理空间信息安全与功能安全226

13.2.5工业226

13.2.6医学226

13.2.7生活方式227

13.3物联网的技术问题227

13.3.1集成到互联网227

13.3.2命名和标识227

13.3.3近场通信228

13.3.4物联网设备能力与云计算229

13.3.5自治组件229

13.4 RFID技术230

13.4.1概述230

13.4.2电子产品代码230

13.4.3 RFID标签231

13.4.4 RFID阅读器231

13.4.5 RFID的信息安全性231

13.5无线传感器网络233

要点回顾234

文献注解235

复习题235

第14章 时间触发体系结构236

14.1 TTA的历史236

14.1.1 MARS项目236

14.1.2工业TTA原型237

14.1.3 GENESYS项目237

14.2体系结构风格238

14.2.1复杂性管理238

14.2.2面向组件238

14.2.3一致的通信机制239

14.2.4可信性240

14.2.5时间感知体系结构240

14.3 TTA服务241

14.3.1基于组件的服务241

14.3.2核心系统服务241

14.3.3可选的系统服务242

14.4时间触发MPSoC243

要点回顾244

文献注解245

复习题245

缩略词246

术语定义248

参考文献257