嵌入式實時操作系統 — 理論基礎 Real-time Operating Systems Book 1 : The Theory

《嵌入式實時操作系統——理論基礎》首先介紹了嵌入式實時操作系統（RTOS）的基本概念，包括什麽是RTOS、RTOS的組成和結構、為什麽要在設計中使用RTOS、RTOS運行的微處理器架構（單核和多核處理器）以及集中和分佈式計算系統； 接著進一步深入到RTOS內核機制，詳細闡述了RTOS的調度方法、通信機制、存儲管理和資源共享等RTOS核心基礎理論知識； 然後作者依托豐富的實時系統工程和研究經驗，對調度策略進行分析，討論RTOS性能測試和相關分析工具的使用，對於實際問題給出解決方法； 安全關鍵系統是嵌入式實時操作系統的重要應用場景，本書最後專門用一章來討論在安全關鍵系統中使用RTOS的一些問題，非常具體和實用。 《嵌入式實時操作系統——理論基礎》的讀者可以是高等院校相關專業的學生，也可以是想要進入軟件領域的工程師、即將進入嵌入式領域的軟件工程師，還可以是對軟件的實時系統感興趣的愛好者。

 

 

目錄

 

 

配套資料

 

 

第1章實時操作系統基礎

 

1.1背景

 

1.2開發高質量的軟件

 

1.3軟件建模

 

1.4時間和時序的重要性

 

1.5處理多個任務

 

1.6多個任務的復雜情形

 

1.7中斷作為執行引擎——簡單的準並發

 

1.8實時操作系統的基本功能

 

1.9執行系統、內核和操作系統

 

1.10基於任務的軟件設計——回顧

 

1.11回顧

 

第2章調度——概念和實現

 

2.1簡介

 

2.2簡單循環、周期循環和合作調度

 

2.3時間分片調度

 

2.4任務優先級

 

2.5使用隊列

 

2.6基於優先級的搶占式調度

 

2.7任務隊列的實現——任務控制塊

 

2.8進程描述符

 

2.9滴答

 

2.10優先級和系統響應速度

 

2.11繞過調度器

 

2.12代碼共享和重入

 

2.13運行時行為的不可預測性

 

 

2.14更多關於任務的細節

 

2.15回顧

 

第3章使用互斥機制控制資源共享

 

3.1共享資源使用中的問題

 

3.2使用單個標志實現互斥

 

3.3信號量

 

3.3.1二值信號量

 

3.3.2通用或計數信號量

 

3.3.3信號量的限制和缺陷

 

3.4互斥量

 

3.5簡單監視器

 

3.6互斥機制綜述

 

3.7回顧

 

第4章資源共享和爭用問題

 

4.1資源爭用產生的死鎖問題詳解

 

4.2設計無死鎖的系統

 

4.3防止死鎖

 

4.3.1允許資源共享

 

4.3.2允許請求搶占

 

4.3.3控制資源分配

 

4.4優先級翻轉及任務阻塞

 

4.4.1優先級翻轉問題

 

4.4.2基本優先級繼承協議

 

4.4.3立即優先級天花板協議

 

4.5死鎖預防和性能問題

 

4.6回顧

 

第5章任務間通信

 

5.1簡介

 

5.1.1任務間通信概述

 

5.1.2協同與同步

 

5.2無數據傳輸的任務交互

 

5.2.1任務協同機制

 

5.2.2使用事件標志單向同步任務

 

5.2.3使用信號雙向同步任務

 

 

5.3無任務同步或協同的數據傳輸

 

5.3.1概述

 

5.3.2內存池

 

5.3.3隊列

 

5.4有數據傳輸的任務同步

 

5.5回顧

 

第6章存儲的使用和管理

 

6.1在嵌入式系統中存儲數字信息

 

6.1.1簡介

 

6.1.2非易失性數據存儲

 

6.1.3易失性數據存儲

 

6.1.4內存設備——Flash和RAM的簡單比較

 

6.1.5內存設備——SRAM和DRAM的簡單比較

 

6.1.6嵌入式系統——存儲設備結構

 

6.2存儲的概念與實現

 

6.3消除任務間乾擾

 

6.3.1一種控制內存訪問的簡單方法

 

6.3.2使用內存保護單元控制內存訪問

 

6.3.3使用內存管理單元控制內存訪問

 

6.4動態內存分配及其問題

 

6.4.1內存分配與碎片化

 

6.4.2內存分配和泄漏

 

6.4.3安全的內存分配

 

6.5內存管理和固態驅動器

 

6.6回顧

 

第7章多處理器系統

 

7.1什麽是嵌入式多處理器 

 

7.1.1為什麽要用多處理器

 

7.1.2處理器架構概述

 

7.1.3多核處理器——同構和異構類型

 

7.1.4多機系統結構

 

7.2軟件問題——作業的劃分和分配

 

7.2.1介紹

 

7.2.2將軟件構建為一組功能

 

7.2.3將軟件構建為一組數據處理的操作

 

 

7.3軟件控制和執行的問題

 

7.3.1基本的操作系統問題

 

7.3.2AMP系統的調度和執行

 

7.3.3SMP系統的調度和執行

 

7.3.4BMP和混合系統的調度和執行

 

7.3.5多處理器模式間的比較

 

7.4回顧

 

第8章分佈式系統

 

8.1分佈式系統的軟件結構

 

8.2分佈式系統的通信和時序問題

 

8.3將軟件映射到分佈式系統的硬件上

 

8.4回顧

 

第9章調度策略的分析

 

9.1概述

 

9.2基於優先級的非搶占式調度策略

 

9.3基於優先級的靜態搶占調度策略——概述

 

9.4基於優先級的靜態搶占調度策略——單調速率調度

 

9.5基於優先級的靜態搶占調度策略——結合優先級和重要性的啟發式方法

 

9.6基於優先級的動態搶占調度策略——概述

 

9.7基於優先級的動態搶占調度策略——最早截止時間調度

 

9.8基於優先級的動態搶占調度策略——計算時間調度

 

9.9基於優先級的動態搶占調度策略——空閑時間/鬆弛度調度

 

9.10改善處理器利用率——速率組

 

9.11調度策略——最後的解釋

 

9.12調度時序圖——符號一覽

 

9.13回顧

 

第10章操作系統： 基本結構和功能

 

10.1背景

 

10.2通過中斷實現簡單的多任務處理

 

10.3超微內核

 

10.4微內核

 

10.5通用的嵌入式RTOS

 

10.6回顧

 

第11章RTOS的性能和基準測試

 

11.1概述

 

11.2測量電腦性能——基準測試

 

11.2.1概述

 

11.2.2計算性能基準測試

 

11.2.3操作系統性能

 

11.3處理器系統的時間開銷

 

11.4操作系統性能和代表性基準測試

 

11.5操作系統性能和綜合基準測試

 

11.5.1概述

 

11.5.2基礎要求

 

11.5.3測試類別

 

11.5.4基線(參考)測試數據

 

11.5.5壓力測試方法

 

11.6回顧

 

第12章多任務軟件的測試和調試

 

12.1場景引入

 

12.2測試和開發多任務軟件——專業方法

 

12.3在目標機內測試——實用工具功能

 

12.3.1概述

 

12.3.2使用專用的控制和數據採集工具測試RTOS

 

12.3.3使用片上數據存儲方法測試RTOS

 

12.3.4使用主機系統數據存儲設施測試RTOS

 

12.4目標系統測試——實用要點

 

12.4.1介紹

 

12.4.2測試單個任務的並發性

 

12.4.3實現和測試並發操作

 

12.5回顧

 

第13章在關鍵系統中使用RTOS

 

13.1關鍵系統和安全完整性等級簡介

 

13.2操作系統問題

 

13.3RAM使用中的問題及補救措施

 

13.3.1概述

 

 

13.3.2內存丟失

 

13.3.3內存耗盡

 

13.4堆棧使用

 

13.4.1堆棧使用靜態分配的RAM

 

13.4.2改善堆棧可靠性

 

13.5運行時間問題

 

13.5.1概述

 

13.5.2截止時間和響應時間問題

 

13.5.3減少任務之間的乾擾

 

13.5.4處理不可預測的功能行為

 

13.6監控和檢測運行時故障

 

13.6.1看門狗定時器介紹

 

13.6.2在單任務設計中使用WDT

 

13.6.3窗口看門狗定時器

 

13.6.4在多任務設計中使用WDT

 

13.7操作系統與關鍵分佈式應用

 

13.8通過時間分區運行多個不同的應用

 

13.9設計指南

 

13.10回顧

 

第14章結語

 

14.1任務、線程和進程

 

14.1.1概述

 

14.1.2嵌入式環境的程序執行——入門指導

 

14.1.3軟件的活動、應用和任務

 

14.1.4單處理器任務內的並發

 

14.1.5運行多個應用

 

14.1.6總結

 

14.2RTOS與GPOS的比較

 

附錄A重要的基礎設施

 

A.1處理器間通信

 

A.2嵌入式系統中的圖形用戶界面

 

A.3回顧

 

附錄B參考指南

 

附錄C縮略語表