[正版]嵌入式实时操作系统——理论基础

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实时操作系统（RTOS）广泛应用于许多消费电子、娱乐产品、家用电器、工业设备、医疗仪器、军事武器和科研设备中，在航空航天控制系统、汽车工业、银行金融、机器人系统、安全和电信以及交通控制等安全攸关领域发挥着关键作用。到底什么是RTOS？RTOS与通用操作系统到底有什么区别？本书很好地回答了这些问题。
深入剖析理论知识  介绍嵌入式实时操作系统（RTOS）的基本概念、RTOS运行的微处理器架构（单核和多核处理器）、集中和分布式计算系统，深入到实时操作系统内核机制，详细阐述RTOS的调度方法、通信机制、存储管理和资源共享等核心基础理论知识。
联系实际系统工程  依托作者丰富的实时系统工程和研究经验，对调度策略进行分析，讨论RTOS性能测试和相关分析工具的使用，对于实际问题给出解决方法。有助于RTOS相关开发人员解决实际开发中遇到的一些系统性能问题，特别是时间相关的问题。
关注安全关键系统  专门用一章来讨论在安全关键系统中使用RTOS的一些问题。

第1章实时操作系统基础

1.1背景

1.2开发高质量的软件

1.3软件建模

1.4时间和时序的重要性

1.5处理多个任务

1.6多个任务的复杂情形

1.7中断作为执行引擎——简单的准并发

1.8实时操作系统的基本功能

1.9执行系统、内核和操作系统

1.10基于任务的软件设计——回顾

1.11回顾

第2章调度——概念和实现

2.1简介

2.2简单循环、周期循环和合作调度

2.3时间分片调度

2.4任务优先级

2.5使用队列

2.6基于优先级的抢占式调度

2.7任务队列的实现——任务控制块

2.8进程描述符

2.9滴答

2.10优先级和系统响应速度

2.11绕过调度器

2.12代码共享和重入

2.13运行时行为的不可预测性

2.14更多关于任务的细节

2.15回顾

第3章使用互斥机制控制资源共享

3.1共享资源使用中的问题

3.2使用单个标志实现互斥

3.3信号量

3.3.1二值信号量

3.3.2通用或计数信号量

3.3.3信号量的限制和缺陷

3.4互斥量

3.5简单监视器

3.6互斥机制综述

3.7回顾

第4章资源共享和争用问题

4.1资源争用产生的死锁问题详解

4.2设计无死锁的系统

4.3防止死锁

4.3.1允许资源共享

4.3.2允许请求抢占

4.3.3控制资源分配

4.4优先级翻转及任务阻塞

4.4.1优先级翻转问题

4.4.2基本优先级继承协议

4.4.3立即优先级天花板协议

4.5死锁预防和性能问题

4.6回顾

第5章任务间通信

5.1简介

5.1.1任务间通信概述

5.1.2协同与同步

5.2无数据传输的任务交互

5.2.1任务协同机制

5.2.2使用事件标志单向同步任务

5.2.3使用信号双向同步任务

5.3无任务同步或协同的数据传输

5.3.1概述

5.3.2内存池

5.3.3队列

5.4有数据传输的任务同步

5.5回顾

第6章存储的使用和管理

6.1在嵌入式系统中存储数字信息

6.1.1简介

6.1.2非易失性数据存储

6.1.3易失性数据存储

6.1.4内存设备——Flash和RAM的简单比较

6.1.5内存设备——SRAM和DRAM的简单比较

6.1.6嵌入式系统——存储设备结构

6.2存储的概念与实现

6.3消除任务间干扰

6.3.1一种控制内存访问的简单方法

6.3.2使用内存保护单元控制内存访问

6.3.3使用内存管理单元控制内存访问

6.4动态内存分配及其问题

6.4.1内存分配与碎片化

6.4.2内存分配和泄漏

6.4.3安全的内存分配

6.5内存管理和固态驱动器

6.6回顾

第7章多处理器系统

7.1什么是嵌入式多处理器 

7.1.1为什么要用多处理器

7.1.2处理器架构概述

7.1.3多核处理器——同构和异构类型

7.1.4多机系统结构

7.2软件问题——作业的划分和分配

7.2.1介绍

7.2.2将软件构建为一组功能

7.2.3将软件构建为一组数据处理的操作

7.3软件控制和执行的问题

7.3.1基本的操作系统问题

7.3.2AMP系统的调度和执行

7.3.3SMP系统的调度和执行

7.3.4BMP和混合系统的调度和执行

7.3.5多处理器模式间的比较

7.4回顾

第8章分布式系统

8.1分布式系统的软件结构

8.2分布式系统的通信和时序问题

8.3将软件映射到分布式系统的硬件上

8.4回顾

第9章调度策略的分析

9.1概述

9.2基于优先级的非抢占式调度策略

9.3基于优先级的静态抢占调度策略——概述

9.4基于优先级的静态抢占调度策略——单调速率调度

9.5基于优先级的静态抢占调度策略——结合优先级和重要性的启发式方法

9.6基于优先级的动态抢占调度策略——概述

9.7基于优先级的动态抢占调度策略——最早截止时间调度

9.8基于优先级的动态抢占调度策略——计算时间调度

9.9基于优先级的动态抢占调度策略——空闲时间/松弛度调度

9.10改善处理器利用率——速率组

9.11调度策略——最后的解释

9.12调度时序图——符号一览

9.13回顾

第10章操作系统： 基本结构和功能

10.1背景

10.2通过中断实现简单的多任务处理

10.3超微内核

10.4微内核

10.5通用的嵌入式RTOS

10.6回顾

第11章RTOS的性能和基准测试

11.1概述

11.2测量计算机性能——基准测试

11.2.1概述

11.2.2计算性能基准测试

11.2.3操作系统性能

11.3处理器系统的时间开销

11.4操作系统性能和代表性基准测试

11.5操作系统性能和综合基准测试

11.5.1概述

11.5.2基础要求

11.5.3测试类别

11.5.4基线(参考)测试数据

11.5.5压力测试方法

11.6回顾

第12章多任务软件的测试和调试

12.1场景引入

12.2测试和开发多任务软件——专业方法

12.3在目标机内测试——实用工具功能

12.3.1概述

12.3.2使用专用的控制和数据采集工具测试RTOS

12.3.3使用片上数据存储方法测试RTOS

12.3.4使用主机系统数据存储设施测试RTOS

12.4目标系统测试——实用要点

12.4.1介绍

12.4.2测试单个任务的并发性

12.4.3实现和测试并发操作

12.5回顾

第13章在关键系统中使用RTOS

13.1关键系统和安全完整性等级简介

13.2操作系统问题

13.3RAM使用中的问题及补救措施

13.3.1概述

13.3.2内存丢失

13.3.3内存耗尽

13.4堆栈使用

13.4.1堆栈使用静态分配的RAM

13.4.2改善堆栈可靠性

13.5运行时间问题

13.5.1概述

13.5.2截止时间和响应时间问题

13.5.3减少任务之间的干扰

13.5.4处理不可预测的功能行为

13.6监控和检测运行时故障

13.6.1看门狗定时器介绍

13.6.2在单任务设计中使用WDT

13.6.3窗口看门狗定时器

13.6.4在多任务设计中使用WDT

13.7操作系统与关键分布式应用

13.8通过时间分区运行多个不同的应用

13.9设计指南

13.10回顾

第14章结语

14.1任务、线程和进程

14.1.1概述

14.1.2嵌入式环境的程序执行——入门指导

14.1.3软件的活动、应用和任务

14.1.4单处理器任务内的并发

14.1.5运行多个应用

14.1.6总结

14.2RTOS与GPOS的比较

附录A重要的基础设施

A.1处理器间通信

A.2嵌入式系统中的图形用户界面

A.3回顾

附录B参考指南

附录C缩略语表

《嵌入式实时操作系统——理论基础》首先介绍了嵌入式实时操作系统（RTOS）的基本概念，包括什么是RTOS、RTOS的组成和结构、为什么要在设计中使用RTOS、RTOS运行的微处理器架构（单核和多核处理器）以及集中和分布式计算系统； 接着进一步深入到RTOS内核机制，详细阐述了RTOS的调度方法、通信机制、存储管理和资源共享等RTOS核心基础理论知识； 然后作者依托丰富的实时系统工程和研究经验，对调度策略进行分析，讨论RTOS性能测试和相关分析工具的使用，对于实际问题给出解决方法； 安全关键系统是嵌入式实时操作系统的重要应用场景，本书最后专门用一章来讨论在安全关键系统中使用RTOS的一些问题，非常具体和实用。 《嵌入式实时操作系统——理论基础》的读者可以是高等院校相关专业的学生，也可以是想要进入软件领域的工程师、即将进入嵌入式领域的软件工程师，还可以是对软件的实时系统感兴趣的爱好者。