嵌入式系统导论 CPS方法 原书第2版

本书从CPS的视角，围绕嵌入式系统的建模、设计和分析三方面，深入浅出地介绍了设计和实现CPS的整体过程及各个阶段的细节，重点是论述系统模型与系统实现的关系，以及软件和硬件与物理环境的相互作用。第2版增加了两章，第7章覆盖传感器和作动器，强调建模；7章给出嵌入式系统的安全和隐私方面的基本内容。

   爱德华·阿什福德·李，加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学系（EECS）罗伯特·S.佩珀（RobertS.Pepper）杰出教授；研究兴趣集中于嵌入式实时计算系统的设计、建模与分析，曾任加州大学伯克利分校电子工程（EE）分部以及电子工程与计算机科学系主任。1979年获得耶鲁大学计算机科学学士学位，1981年获得麻省理工学院（MIT）电气工程与计算机科学硕士学位，1986年获得加州大学伯克利分校电气工程与计算机科学博士学位。1979年至1982年期间，曾在位于新泽西州霍姆德尔的贝尔实验室任职。他是伯克利设计技术股份有限公司（BDTI）的联合创始人、IEEE会士（IEEEFellow）、美国国家科学基金会总统青年科学家，并于1997年获得美国工程教育学会的弗雷德里克·埃蒙斯·特曼奖。

桑吉特·阿伦库马尔·塞希阿，加州大学伯克利分校电子工程与计算机科学系教授；研究兴趣集中于可信计算、计算逻辑和形式化方法及其在嵌入式系统、计算机安全、电子设计自动化以及合成生物学等领域问题中的应用；于印度理工学院孟买分校获得计算机科学与工程学士学位，于卡内基-梅隆大学（CMU）获得计算机科学硕士和博士学位。他曾获美国青年科学家与工程师总统奖（PECASE）、艾尔弗雷德·P.斯隆研究奖，以及卡内基-梅隆大学计算机科学学院杰出学位论文奖。

张凯龙，博士、博士后（法国），西北工业大学计算机学院副教授，西北工业大学-巴黎高科MINES机器人与群智能系统联合实验室主任，第二届中国嵌入式系统十大杰出青年，主要研究嵌入式计算与系统技术、机器人与群智能系统技术等。

   出版者的话

译者序

前言

第1章绪论1

1.1应用1

1.2启发式示例4

1.3设计过程5

1.3.1建模7

1.3.2设计8

1.3.3分析8

1.4小结9

第一部分动态行为建模

第2章连续动态12

2.1牛顿力学12

2.2参元模型15

2.3系统特性17

2.3.1因果系统17

2.3.2无记忆系统18

2.3.3线性与时不变性18

2.3.4稳定性19

2.4反馈控制19

2.5小结22

习题23

第3章离散动态25

3.1离散系统25

3.2状态的概念28

3.3有限状态机28

3.3.1迁移29

3.3.2响应31

3.3.3更新函数32

3.3.4确定性与接受性34

3.4扩展状态机35

3.5非确定性37

3.5.1形式化模型38

3.5.2非确定性的用途39

3.6行为与轨迹39

3.7小结41

习题41

第4章混合系统45

4.1模态模型45

4.1.1状态机的参元模型45

4.1.2连续输入45

4.1.3状态精化46

4.2混合系统分类47

4.2.1时间自动机47

4.2.2高阶动态性49

4.2.3监督控制53

4.3小结56

习题57

第5章状态机组合61

5.1并发组合62

5.1.1平行同步组合63

5.1.2平行异步组合64

5.1.3共享变量66

5.1.4级联组合68

5.1.5通用组合70

5.2分层状态机70

5.3小结72

习题72

第6章并发计算模型75

6.1模型的结构75

6.2同步响应模型77

6.2.1反馈模型78

6.2.2形式非良好模型与形式良好模型79

6.2.3推定一个不动点80

6.3数据流计算模型81

6.3.1数据流原理82

6.3.2同步数据流84

6.3.3动态数据流86

6.3.4结构化数据流87

6.3.5进程网络88

6.4时间计算模型89

6.4.1时间触发模型89

6.4.2离散事件系统92

6.4.3时间连续系统93

6.5小结95

习题95

第二部分嵌入式系统设计

第7章传感器与执行器100

7.1传感器与执行器模型101

7.1.1线性与仿射模型101

7.1.2量程101

7.1.3动态量程102

7.1.4量化102

7.1.5噪声104

7.1.6采样105

7.1.7谐波失真107

7.1.8信号调理108

7.2一些常用传感器109

7.2.1测量倾斜度与加速度109

7.2.2测量位置和速度110

7.2.3测量旋转111

7.2.4测量声音111

7.2.5其他传感器111

7.3执行器112

7.3.1发光二极管112

7.3.2电机控制112

7.4小结115

习题115

第8章嵌入式处理器117

8.1处理器类型117

8.1.1微控制器117

8.1.2DSP处理器119

8.1.3图形处理器123

8.2并行机制123

8.2.1并行与并发123

8.2.2流水线125

8.2.3指令级并行127

8.2.4多核体系结构132

8.3小结132

习题132

第9章存储器体系结构134

9.1存储器技术134

9.1.1RAM134

9.1.2非易失性存储器135

9.2存储器分级体系135

9.2.1存储器映射136

9.2.2寄存器文件137

9.2.3暂存器与高速缓存138

9.3存储器模型140

9.3.1存储器地址140

9.3.2栈141

9.3.3存储器保护单元142

9.3.4动态内存分配142

9.3.5C程序的存储模型143

9.4小结143

习题144

第10章输入与输出146

10.1I/O硬件146

10.1.1脉冲宽度调制147

10.1.2通用数字I/O147

10.1.3串行接口149

10.1.4并行接口151

10.1.5总线151

10.2并发世界中的顺序软件152

10.2.1中断与异常152

10.2.2原子性154

10.2.3中断控制器155

10.2.4中断建模155

10.3小结158

习题158

第11章多任务机制163

11.1命令式程序163

11.2线程166

11.2.1创建线程166

11.2.2实现线程168

11.2.3互斥169

11.2.4死锁171

11.2.5内存一致性模型172

11.2.6多线程机制带来的问题173

11.3进程与消息传递174

11.4小结177

习题178

第12章调度机制181

12.1调度基础181

12.1.1调度决策181

12.1.2任务模型182

12.1.3调度器比较184

12.1.4调度器的实现184

12.2单调速率调度185

12.3最早截止期优先调度187

12.4调度与互斥190

12.4.1优先级翻转190

12.4.2优先级继承协议191

12.4.3优先级天花板协议192

12.5多处理器调度193

12.6小结195

习题196

第三部分分析与验证

第13章不变量与时态逻辑200

13.1不变量200

13.2线性时态逻辑201

13.2.1命题逻辑公式202

13.2.2线性时态逻辑公式203

13.2.3运用线性时态逻辑公式205

13.3小结206

习题207

第14章等价与精化209

14.1规格模型209

14.2类型等价与精化209

14.3语言等价与包含211

14.4模拟215

14.4.1模拟关系216

14.4.2形式化模型217

14.4.3传递性217

14.4.4模拟关系的非专享性218

14.4.5模拟与语言包含的对比218

14.5互模拟

……