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第Ⅰ部分 引言1

第1章 嵌入式系统和实时系统导论1

1.1 嵌入式系统3

1.2 实时系统4

1.2.1 软实时系统4

1.2.2 硬实时系统5

1.2.3 实时系统的范围6

1.3 案例分析：雷达系统7

1.4 习题10

第2章 跨平台开发11

2.1 跨平台开发流程11

2.2 硬件架构12

2.3 软件开发13

2.3.1 软件设计13

2.3.2 系统编程语言C/C＋＋13

2.3.3 测试硬件无关模块18

2.4 生成目标映像18

2.4.1 交叉开发工具链18

2.4.2 可执行和链接格式21

2.4.3 内存映射26

2.4.4 案例研究：制作QNX映像28

2.5 转移可执行文件对象到目标平台29

2.6 在目标系统上的集成测试30

2.7 系统生产30

2.8 习题31

第3章 微处理器入门33

3.1 微处理器简介33

3.1.1 常用的微处理器33

3.1.2 微处理器特性35

3.2 PIC18F8720微型芯片38

3.2.1 存储器组织39

3.2.2 字写模式41

3.2.3 字节选择模式43

3.2.4 字节写模式45

3.3 Intel 808646

3.3.1 存储器组织47

3.3.2 独立的I/O地址空间48

3.3.3 存储器地址空间50

3.3.4 等待状态52

3.4 Intel Pentium53

3.4.1 总线状态转换56

3.4.2 存储器组织60

3.5 ARM926EJ-S61

3.6 习题64

第4章 中断67

4.1 中断导论67

4.2 外部中断67

4.2.1 非向量中断68

4.2.2 PIC和向量中断69

4.3 软件中断74

4.4 内部中断75

4.5 ISR的设计模式75

4.5.1 一般的ISR设计模式75

4.5.2 具有服务器任务的ISR76

4.5.3 ISR链77

4.5.4 ISR级联78

4.5.5 与ISR进行数据共享79

4.6 中断响应时间81

4.7 案例分析：x8682

4.7.1 硬件中断84

4.7.2 综合汇总85

4.8 案例研究：ARM处理器86

4.8.1 硬件中断87

4.8.2 综合汇总90

4.9 习题91

第5章 嵌入式系统的引导过程93

5.1 系统引导加载程序93

5.2 系统的引导过程94

5.2.1 加载嵌入式软件94

5.2.2 准备执行嵌入式软件95

5.3 案例研究：AT91SAM9G45引导过程96

5.4 加载嵌入在操作系统映像中的ELF目标文件96

5.5 案例研究：基于QNX嵌入式系统的引导过程97

5.6 习题99

第Ⅱ部分 实时系统建模103

第6章 UML结构建模基础103

6.1 统一建模语言103

6.2 类图和类建模104

6.2.1 类106

6.2.2 实例层次的关系109

6.2.3 依赖关系121

6.2.4 泛化关系125

6.3 类建模原则128

6.3.1 模型演化128

6.3.2 子类化130

6.3.3 最小信息冗余131

6.3.4 重构134

6.4 对象图137

6.5 包图138

6.5.1 包引入138

6.5.2 包合并139

6.6 习题141

第7章 UML体系架构建模143

7.1 体系架构的抽象层次143

7.2 UML结构图144

7.3 建模组件148

7.4 子系统建模150

7.5 完整系统建模153

7.6 部署图154

7.7 习题155

第8章 UML行为建模的基础157

8.1 用例图和用例建模157

8.1.1 用例图157

8.1.2 用例描述160

8.1.3 用例层次161

8.2 序列图162

8.3 活动图167

8.4 习题171

第9章 UML中有状态行为的建模173

9.1 状态机图的基础173

9.1.1 状态173

9.1.2 转移和事件174

9.1.3 伪状态175

9.1.4 用状态机对网络协议建模176

9.2 复合状态178

9.2.1 进入点、退出点与历史179

9.2.2 并发180

9.3 状态行为的继承181

9.4 有状态对象时序图183

9.5 举例：雷达系统有状态行为的建模184

9.5.1 收发机建模185

9.5.2 链路驱动器的建模186

9.5.3 指挥消息器的建模188

9.6 习题189

第10章 实时UML：通用资源建模191

10.1 实时UML配置文件191

10.2 资源建模194

10.2.1 UML核心资源模型195

10.2.2 动作和动作执行196

10.2.3 受保护资源的UML构造型197

10.2.4 资源使用199

10.2.5 资源-客户图200

10.3 时间建模201

10.3.1 时间观念201

10.3.2 定时装置202

10.3.3 时间建模构造型204

10.4 并发建模206

10.5 习题209

第11章 实时UML：模型分析211

11.1 时序约束的启发211

11.2 RT-UML配置文件可调度性建模子配置文件214

11.2.1 RT-UML配置文件中的可调度性分析的元概念214

11.2.2 可调度性构造型219

11.2.3 使用可调度性子配置文件221

11.3 RT-UML配置文件性能建模子配置文件223

11.3.1 RT-UML配置文件中的性能分析的元概念223

11.3.2 性能构造型225

11.3.3 使用性能子配置文件227

11.4 习题231

第Ⅲ部分 实时系统设计237

第12章 实时嵌入式系统软件架构237

12.1 实时任务237

12.1.1 最坏情况下的任务执行时间238

12.1.2 任务规范239

12.1.3 任务时序图239

12.1.4 最坏情况下的响应时间241

12.1.5 任务实现242

12.2 轮询架构242

12.2.1 案例研究：体温计242

12.2.2 通用轮询架构250

12.2.3 最坏情况下的事件响应时间253

12.3 带有中断的轮询254

12.3.1 案例研究：西蒙游戏254

12.3.2 通用架构257

12.3.3 最坏情况下的事件响应时间259

12.4 基于队列的架构260

12.4.1 非抢占式FIFO队列261

12.4.2 非抢占式优先队列262

12.5 习题264

第13章 POSIX和RTOS267

13.1 POSIX简介267

13.1.1 POSIX进程和线程268

13.1.2 POSIX实时扩展269

13.1.3 POSIX的兼容性和一致性275

13.2 任务的静态结构和动态行为276

13.2.1 一般任务结构276

13.2.2 任务状态转移278

13.3 实时操作系统279

13.4 POSIX实时调度策略282

13.4.1 FIFO调度策略282

13.4.2 轮询调度策略283

13.4.3 偶发服务器调度策略284

13.5 其他实时调度策略286

13.5.1 最小松弛度优先286

13.5.2 最早截止期限优先287

13.5.3 截止期限单调分配的调度288

13.5.4 速率单调分配的调度288

13.6 习题289

第14章 多任务291

14.1 多任务简介291

14.2 多任务设计292

14.2.1 任务标识292

14.2.2 任务转换295

14.2.3 任务参数估计299

14.3 多任务资源共享301

14.3.1 资源死锁301

14.3.2 优先级反转302

14.4 解决资源死锁304

14.4.1 死锁预防304

14.4.2 死锁检测304

14.4.3 死锁避免305

14.5 解决优先级反转307

14.5.1 优先级继承协议307

14.5.2 最高锁协议309

14.5.3 优先级天花板协议310

14.6 习题312

第15章 实时调度：时钟驱动方式315

15.1 周期性调度简介315

15.1.1 若干假设315

15.1.2 可抢占的非周期作业316

15.2 点对点时钟驱动调度317

15.2.1 点对点时钟驱动调度程序318

15.2.2 执行开销319

15.3 基于帧的调度320

15.3.1 帧尺寸的约束320

15.3.2 健壮的基于帧的调度323

15.3.3 基于帧的调度程序324

15.4 调度非周期作业325

15.5 拆分任务328

15.6 习题330

第16章 实时调度：速率单调方式331

16.1 优先级分配331

16.2 RMA原则332

16.3 速率单调分析335

16.4 完成时间测试336

16.5 周期变换339

16.6 通用的可调度性分析342

16.6.1 具有阻塞时间项的任务342

16.6.2 具有更早截止时间的任务346

16.6.3 示例347

16.6.4 优先级相同的任务350

16.7 习题351

第17章 实时调度：偶发服务器程序355

17.1 偶发任务355

17.2 偶发服务器程序356

17.2.1 偶发服务器程序的相关任务设计356

17.2.2 验收测试358

17.3 朴素偶发服务器程序360

17.3.1 任务设计361

17.3.2 验收测试361

17.4 固定优先级的偶发服务器程序362

17.5 具有动态优先级的偶发服务器程序368

17.6 习题371

第Ⅳ部分 实现模式375

第18章 资源共享375

18.1 共享变量375

18.2 共享的内存378

18.2.1 映射文件对象380

18.2.2 共享的内存对象382

18.3 信号量384

18.3.1 任务同步385

18.3.2 流控制387

18.3.3 资源保护387

18.3.4 信号量相关的POSIX函数389

18.3.5 信号量示例390

18.4 互斥体397

18.4.1 互斥体使用模式398

18.4.2 互斥体相关的POSIX函数400

18.4.3 使用互斥体的例子401

18.5 条件变量404

18.5.1 栅栏同步405

18.5.2 生产者-消费者模式410

18.5.3 读-写锁414

18.6 习题418

第19章 任务间通信：消息队列421

19.1 消息队列简介421

19.2 消息队列静态结构和动态转移421

19.3 消息队列使用模式424

19.3.1 单向通信424

19.3.2 确认-单向通信425

19.3.3 双向通信426

19.3.4 客户端-服务器之间的通信427

19.4 与消息队列相关的POSIX函数430

19.5 使用消息队列的例子432

19.6 习题437

第20章 任务间通信：管道439

20.1 管道简介439

20.2 管道的静态结构和动态状态转移439

20.3 管道使用模式442

20.4 与管道相关的POSIX函数442

20.4.1 多个作者和读者444

20.4.2 在管道上POSIX的选择操作445

20.5 使用管道的示例446

20.6 习题451

第21章 任务间通信：发送信号453

21.1 POSIX信号简介453

21.2 信号处理455

21.3 信号向量表和处理程序455

21.4 POSIX信号函数456

21.5 POSIX信号的QNX实现457

21.5.1 示例：在不同进程中处理信号457

21.5.2 示例：控制任务服务器460

21.6 来自ISR的自旋锁和中断事件463

21.6.1 POSIX自旋锁463

21.6.2 QNX事件结构464

21.6.3 QNX应用程序的中断处理465

21.6.4 示例：来自ISR的中断事件466

21.7 QNX脉冲473

21.7.1 QNX同步消息传递473

21.7.2 QNX异步脉冲发生机制476

21.7.3 分层消息传递模式478

21.7.4 消息接收者的优先级继承478

21.7.5 示例：简单的计时管理器479

21.8 习题488

第22章 软件计时器管理489

22.1 硬件计时器和软件计时器489

22.2 软件计时管理器491

22.2.1 链接到专用计时器ISR492

22.2.2 使用OS计时器492

22.3 计时轮493

22.3.1 精度误差495

22.3.2 宽范围计时器497

22.4 分层计时轮497

22.4.1 计时轮参考上下文和计时器管理498

22.4.2 实现500

22.5 习题502

第23章 QNX资源管理505

23.1 QNX资源管理简介505

23.2 资源管理器体系架构506

23.2.1 控制结构507

23.2.2 关键数据结构508

23.3 示例1：作为资源管理器的计算器508

23.3.1 上层结构509

23.3.2 处理来自客户端的消息510

23.3.3 注册到进程管理器517

23.3.4 使用资源管理器518

23.4 示例2：设备驱动程序520

23.4.1 操纵杆520

23.4.2 LED指示灯521

23.4.3 基于轮询的输入事件检测523

23.5 习题526

参考文献527