Real-Time Systems (Mcgraw-Hill Series in Computer Science) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill Companies

作者:C. M. Krishna

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1996-12-01

价格:USD 130.30

装帧:Hardcover

isbn号码:9780070570436

丛书系列:

图书标签:

• Real-Time Systems
• Embedded Systems
• Operating Systems
• Computer Science
• Software Engineering
• Concurrency
• Scheduling
• Digital Systems
• Computer Engineering
• McGraw-Hill

好的，这是一份关于一本与《实时系统》（Real-Time Systems，麦格劳-希尔计算机科学系列）主题相关，但不包含该书特定内容的图书简介。这份简介将侧重于实时系统领域中其他重要且相关的概念、技术和应用，以保证内容的充实和专业性。 《嵌入式与边缘计算的同步：面向高可靠性系统的时序设计与优化》 导言：复杂时序环境下的设计挑战 在当今的计算领域，我们正经历着从集中式服务器架构向高度分布式、低延迟边缘计算的深刻转型。无论是自动驾驶汽车、工业物联网（IIoT）控制单元，还是先进的医疗影像处理设备，这些系统对时间的敏感性已经从“快速”提升到了“确定性”的要求。确定性，而非仅仅是平均性能，成为了衡量系统可靠性的核心指标。 本书《嵌入式与边缘计算的同步：面向高可靠性系统的时序设计与优化》正是为应对这一挑战而撰写。它将深入探讨构建下一代高可靠性、低延迟嵌入式和边缘计算系统的底层原理、设计范式和前沿优化技术。本书并非对传统实时操作系统的基础理论的重复阐述，而是聚焦于在日益增长的硬件异构性、资源受限环境以及严格的安全/功能安全标准下，如何实现精确、可验证的时序行为。 第一部分：异构硬件与调度理论的交汇 现代嵌入式系统越来越依赖于多核处理器（MPSoC）、现场可编程门阵列（FPGA）以及专用加速器（如GPU、NPU）。这种异构性极大地提高了计算能力，但也使得时序分析变得异常复杂。 1. 多核与多处理器的并发调度模型： 本书将详细分析在共享资源（如缓存、总线仲裁器）存在的异构多核系统上，如何应用先进的调度算法。我们将探讨固定优先级抢占式调度（FP）在多核环境下的局限性，并重点剖析全局调度（Global Scheduling）与分区调度（Partitioned Scheduling）的权衡。特别是，我们将深入研究基于时间片轮转（Time-Triggered）与事件驱动（Event-Driven）混合模式的同步机制，以及如何通过硬件辅助（如硬件时间触发域的划分）来最小化上下文切换和中断抖动（Jitter）。 2. 时序分析的边界与界限： 传统的最坏情况执行时间（WCET）分析在面对现代CPU的深流水线、分支预测和乱序执行特性时，面临巨大的挑战。本书将介绍静态时序分析（STA）的最新进展，特别是如何整合硬件描述语言（HDL）级别的模型来准确预测FPGA上自定义逻辑的时序行为。对于软件部分，我们将探讨如何利用受限编程语言（Constrained Programming Languages）和形式化方法来自动推导出严格的上界（Upper Bounds），以满足如DO-178C或ISO 26262等安全标准的要求。 第二部分：通信、网络与延迟的可预测性 在分布式嵌入式系统中，系统级性能的瓶颈往往出现在节点间的通信延迟上。本书将重点关注如何使网络通信延迟变得可预测和有界。 3. 确定性以太网（TSN）的深度解析： 对于工业和汽车应用，传统的以太网缺乏必要的时序保证。本书将全面解析时间敏感网络（TSN）的一系列标准（如IEEE 802.1Qbv时间分区、802.1Qbu帧整形）。我们将不仅仅停留在协议层面，更会探讨如何在实际网络接口卡（NIC）的驱动和操作系统内核中实现零拷贝（Zero-Copy）的数据传输，以避免由于内核协议栈带来的不可预测的延迟。 4. 无线和边缘环境下的同步机制： 在资源受限的无线传感器网络（WSN）和边缘部署中，精确时间同步至关重要。本书将对比时间同步协议（如IEEE 1588 PTP）在局域网与广域网中的实施细节。我们还将探讨在GPS/GNSS不可用或易受干扰的环境下，如何利用基于惯性测量单元（IMU）的辅助同步或基于超宽带（UWB）的测距同步技术，为分布式控制回路提供毫秒甚至微秒级的统一时间基准。 第三部分：资源受限环境下的内存与能效优化 现代实时系统常常需要集成大量功能到体积、功耗和散热受限的设备中。内存访问的不可预测性和能耗管理是影响实时性能的关键因素。 5. 内存访问的时序控制： 内存访问延迟是现代处理器性能的头号杀手。本书将深入研究多级缓存层次结构（L1/L2/L3）对实时任务的影响，并提供实用的缓存锁定（Cache Locking）和内存分区技术，以确保关键数据和代码段能够驻留在快速且可预测的内存区域。此外，对于使用片上SRAM或专用DRAM的系统，我们将探讨内存访问调度器的设计，以优先处理具有严格截止期限的请求。 6. 动态电压与频率调整（DVFS）的实时约束： DVFS是实现能效优化的核心手段，但它对实时性构成了直接威胁。本书将重点讨论基于时序感知（Timing-Aware）的DVFS策略。我们不会采用简单的启发式算法，而是介绍如何结合提前（P-Ahead）的执行分析，预先调整频率，确保在执行需求高峰期到来之前，系统频率已达到所需水平，从而在保证截止期限的前提下最大化能效。 结论：面向安全与认证的系统集成 本书的最终目标是指导读者构建出不仅快速，而且在严格安全和功能认证框架下可验证的系统。我们强调，在当今的嵌入式世界中，设计可证明的确定性比追求峰值吞吐量更为重要。通过掌握这些高级的时序设计、异构调度和底层硬件交互技术，读者将有能力应对下一代高可靠性、低延迟应用的复杂挑战。 目标读者： 嵌入式系统架构师、实时操作系统（RTOS）开发者、功能安全工程师、航空航天与汽车电子领域的时序分析专家。

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对于初学者来说，这本书的门槛确实有点高，我必须承认，我第一次翻阅时，好几个核心章节读得云里雾里，感觉就像是直接跳到了博士课程的讲义。特别是关于形式化验证和时序逻辑的部分，它要求读者不仅要懂编程，还要对离散数学和逻辑推理有扎实的功底。我不得不去查找大量的补充资料，比如关于LTL（线性时序逻辑）的基础知识，才能真正跟上作者的论证步伐。然而，一旦你咬牙坚持下来，你会发现这种“痛苦”的积累是有回报的。它帮你建立起了一种批判性思维：不再盲目相信任何声称是“实时”的软件或硬件，而是会本能地去追问其时间界限、抖动（Jitter）的来源以及最坏情况执行时间（WCET）。这本书的价值在于培养了一种“怀疑一切”的工程师精神，这种精神在快速迭代的开发环境中尤为宝贵。它教会我，在处理时间敏感的任务时，‘差不多就行了’是致命的，必须追求数学上的确定性。

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这本书的封面设计得非常朴实，一看就知道是技术类的硬核读物，那种传统的麦格劳-希尔风格，简洁有力，没有过多花哨的装饰，深蓝色和白色的搭配，给人一种严谨、专业的视觉感受。我记得第一次翻开它的时候，那种纸张的触感就带着一股墨香，很厚重，沉甸甸的，让人感觉里面装载的知识量绝对是经得起推敲的。我当时是带着解决一个复杂的嵌入式项目中的实时性问题的目的去看的，迫切地希望找到一些理论指导和实践案例。书中的章节标题就直指核心，没有那些拐弯抹角的铺垫，开门见山地讨论并发控制、调度算法和中断处理这些关键环节。我尤其欣赏它在基础概念上的阐述，比如对“确定性”的定义和衡量，不同于一些过于理论化的教材，这本书似乎更注重如何将这些概念映射到实际的硬件和操作系统层面。初看之下，内容密度相当高，需要放慢速度，细细品味每一个术语的精确含义，否则很容易在后续的章节中跟不上作者的思路。这本教科书的排版也偏向学术风格，公式和图表的出现频率很高，对于习惯了流畅叙事风格的读者来说，可能需要一定的适应期，但对于我们这些需要精确理解系统行为的人来说，这种直接的表达反而是最高效的。

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这本书的深度，让我在回顾整个实时系统领域的知识图谱时，找到了一个非常坚实的锚点。它不像市面上很多流行的“快速入门”指南那样，只停留在API调用层面，而是深入到了操作系统内核与硬件交互的底层逻辑。我最欣赏的是作者在描述分布式实时系统时所展现的远见和严谨性。在那个部分，书中清晰地划分了同步时钟、状态一致性和容错处理这三大难题，并对每一种挑战给出了基于不同网络拓扑结构的解决方案。这部分内容对于我们团队在设计高可靠性传感器网络时起到了决定性的指导作用。老实说，很多概念——比如基于时间触发（TT）和事件触发（ED）模型的对比，以及如何设计健壮的优先级继承协议——如果不是通过这样一本权威的教材进行系统学习，仅凭零散的论文和博客是很难建立起完整认知体系的。这本书的语言风格非常克制，没有煽动性的词汇，完全依靠逻辑的推导来建立论点，这对于需要绝对精确性的工程设计人员来说，是最好的沟通方式。

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我用了将近两个月的时间才算对这本书的主体内容有了一个比较扎实的理解，坦白说，阅读过程充满了挑战，但每攻克一个难点，那种成就感也是无与伦比的。这本书的叙事节奏非常紧凑，几乎没有冗余的文字，作者似乎默认读者已经具备一定的计算机体系结构和操作系统基础知识，因此在解释一些高级主题时，会迅速地切入到核心的技术细节中。我记得在讨论资源竞争和死锁预防的那几个章节，作者引入了好几种不同的同步机制模型，并且非常细致地比较了它们在不同负载条件下的性能差异和适用场景。我不得不时常停下来，在我的开发板上运行一些小的测试程序，对照书中的理论模型来验证自己的理解，这种理论与实践的反复交织，极大地加深了我的记忆。这本书的价值不在于提供“现成的银弹”，而在于提供了一套完整的、严密的分析框架，让你明白为什么某个设计会失败，以及如何从根本上构建出满足时间约束的系统。读完之后，感觉自己对“时间”这个维度在软件设计中的重要性有了全新的认识，不再是把它看作一个模糊的限制，而是一个可以被精确量化和管理的工程参数。

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总体而言，这本著作更像是一部经典的技术手册，而不是一本轻松的读物。它的厚度本身就是一种宣言，表明了作者对该领域知识的全面覆盖和深入挖掘。书中的案例，虽然年代感略有，但其背后的基本原理——例如，如何通过周期性任务的超载分析来评估系统的稳定性——是永恒的。我特别喜欢作者在总结章节中对未来趋势的探讨，尽管是在那个时间点，但他已经预见到了多核处理器对传统实时调度带来的新挑战，并提出了基于分区和时间隔离的初步解决方案。阅读这本书的过程，就像是获得了一张进入实时系统殿堂的“入场券”，它提供了理论的基石，让你在面对新的硬件架构或者更严苛的性能指标时，能够快速地建立起自己的分析模型。如果你期望从中找到即插即用的代码库或者最新的编程语言特性，那你可能会失望；但如果你想成为一名真正理解实时系统“为什么”和“如何”构建的专家，那么这本书无疑是案头必备的镇山之宝。

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