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出版者:Newnes

作者:Edward L. Lamie

出品人:

页数:576

译者:

出版时间:2009-02-20

价格:USD 59.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781856176019

丛书系列:

图书标签:

• ThreadX
• 嵌入式系统
• 实时操作系统
• 多线程
• 嵌入式开发
• ARM
• 微控制器
• QNX
• 实时性
• 嵌入式软件

《实时嵌入式多线程：利用 ThreadX（第二版）》图书简介 本书旨在为嵌入式系统开发者提供一个深入且实用的指南，专注于使用 Microsoft 的 ThreadX 实时操作系统（RTOS）进行高效、可靠的多线程应用开发。第二版在第一版的基础上进行了全面更新和扩展，不仅涵盖了 ThreadX 的核心概念和架构，还深入探讨了现代嵌入式系统设计中至关重要的实时性、资源管理和系统调试技术。 面向读者与核心价值 本书特别适合有一定 C 语言基础，并希望掌握专业级嵌入式实时系统编程的工程师、高级技术学生以及系统架构师。无论您是刚刚接触 ThreadX，还是寻求优化现有应用的资深开发者，本书都能为您提供从基础原理到高级实践的完整知识体系。 核心价值在于，它不仅仅是 RTOS 的“操作手册”，更是一本关于“如何构建实时系统”的工程实践手册。它强调如何在资源受限的微控制器环境中，设计出既能满足严格时序约束，又具备高可维护性和稳定性的并发程序。 第一部分：嵌入式系统与实时基础 在深入 ThreadX 之前，本书首先奠定了坚实的实时系统理论基础。 第 1 章：嵌入式系统的挑战与 RTOS 的角色 本章详细分析了现代嵌入式设备面临的关键挑战，如功耗限制、内存约束以及对确定性响应时间的需求。随后，系统性地介绍了实时操作系统的核心功能和必要性，解释了为什么在复杂应用中，裸机编程或简单的轮询模型无法满足现代工业、医疗或汽车电子的要求。 第 2 章：实时性理论与度量 精确理解“实时”的含义是关键。本章深入探讨了时间约束、截止期限（Deadline）和响应时间分析（RTA）。通过引入周期性任务、非周期性任务的概念，并解释了最坏情况执行时间（WCET）的重要性，为后续的调度算法学习打下理论基础。 第 3 章：并发性与并行性概述 本章清晰区分了并发（Concurrency）和并行（Parallelism）的概念，并介绍了在多任务环境中必须解决的根本问题：共享资源访问的同步与互斥。这是理解 RTOS 核心同步原语的基础。 第二部分：ThreadX 核心架构与基础组件 本部分是本书的核心，全面介绍 ThreadX 的结构、初始化过程以及最基础的任务管理机制。 第 4 章：ThreadX 架构概览与系统初始化 详细剖析了 ThreadX 的内核结构，包括内存池（Memory Pools）、时间管理模块和线程控制块（TCB）。重点讲解了 `tx_kernel_startup()` 函数在整个系统启动流程中所起的作用，以及如何根据目标硬件平台配置内核参数。 第 5 章：任务（线程）管理详解 任务是 RTOS 的基石。本章对 ThreadX 的任务进行了透彻的讲解，包括： 任务创建与删除： 讨论了不同创建方式（静态与动态分配堆栈）的优缺点及内存影响。 任务优先级与上下文切换： 详细分析了 ThreadX 的优先级继承和抢占式调度机制，解释了上下文切换的底层细节。 任务状态管理： 描述了就绪（Ready）、运行（Running）、挂起（Suspended）和休眠（Time-Warp）等五种任务状态的转换条件。 第 6 章：时间管理与延时服务 精确的时间控制是实时系统的生命线。本章讲解了 ThreadX 的时钟节拍（Tick）配置，并详细介绍了固定延时（`tx_thread_sleep()`）与直到时间点（`tx_thread_identify_abs_time()`）两种延时机制，以及如何利用系统时钟事件实现周期性操作。 第三部分：同步、互斥与资源协调 并发编程的难点在于同步。本部分深入讲解 ThreadX 提供的各种工具，确保数据完整性和系统行为的确定性。 第 7 章：信号量（Semaphores）的应用与陷阱 本章区分了二进制信号量（Binary Semaphores）和计数信号量（Counting Semaphores）在 ThreadX 中的实现方式。通过实际代码示例，演示了如何使用信号量实现生产者-消费者模式，并重点分析了信号量被不当释放可能导致的“虚假唤醒”问题。 第 8 章：互斥量（Mutexes）与优先级反转 互斥量是保护共享数据的标准工具。本书详细解释了 ThreadX 的优先级继承（Priority Inheritance）协议，这是解决经典优先级反转（Priority Inversion）问题的关键机制。本章对比了信号量与互斥量的使用场景，强调了互斥量在保护临界区时的强制性互斥特性。 第 9 章：事件标志组（Event Flags） 事件标志组提供了一种高效的多任务间通信机制。本章展示了如何利用位掩码快速、异步地通知任务一个或多个事件的发生，并讨论了其在状态机驱动设计中的优势。 第 10 章：消息队列（Message Queues） 消息队列是实现任务间数据传输的理想选择。本章深入探讨了 ThreadX 消息队列的先进先出（FIFO）特性，以及如何处理队列满或队列空时的阻塞行为。特别是，对“消息复制”的底层机制进行了分析，这对评估系统性能至关重要。 第四部分：内存管理与高效数据结构 有效的内存管理是避免系统崩溃和内存碎片化的关键。 第 11 章：内存池的配置与管理 ThreadX 提供了两种内存池模型：字节池（Byte Pools）和块池（Block Pools）。本章详细解释了这两种池在分配粒度、速度和内存利用率上的权衡。通过深入分析 `tx_byte_pool_create` 和 `tx_block_pool_create`，指导开发者选择最适合特定数据结构的分配策略。 第 12 章：动态内存分配的风险与规避 动态分配虽然灵活，但在实时系统中却充满了风险。本章着重讨论了内存碎片化（Fragmentation）的形成机制，并提出了使用内存保护单元（MPU）来辅助检测越界访问的实践方法。 第五部分：高级主题、调试与系统优化 本部分将读者带入更专业的领域，关注性能调优和系统可靠性增强。 第 13 章：中断服务例程（ISR）与 RTOS 交互 本章阐述了 ISR 如何安全地与 ThreadX 任务进行交互。重点介绍了从 ISR 中调用 RTOS 服务的限制（例如，不能直接调用可能导致线程阻塞的服务），并演示了如何通过软件事件标志或延迟过程调用（DPC）模式来安全地将工作推迟到线程上下文中处理。 第 14 章：系统服务扩展与钩子函数（Hooks） ThreadX 提供了强大的钩子函数机制，允许开发者在关键的内核事件发生时插入自定义代码。本章详细介绍了空闲线程钩子（Idle Thread Hook）、定时器钩子和内存错误钩子，展示了如何利用它们来实现系统监控、功耗管理和调试断言。 第 15 章：性能分析与系统级调试 构建实时系统后，验证其性能至关重要。本章介绍了利用性能分析工具（如 ThreadX 专用的分析器或 J-Link/Trace32 等硬件工具）来捕获任务切换历史、等待时间分布和资源锁定时长的方法。重点教授如何通过分析“最大任务延迟”来确保系统满足最严格的实时要求。 第 16 章：多核处理与 ThreadX 扩展 对于运行在多核架构上的嵌入式系统，本章概述了 ThreadX 在 SMP（对称多处理）模式下的工作原理，讨论了锁的粒度如何从单核的进程级扩展到多核的缓存一致性问题。 总结 《实时嵌入式多线程：利用 ThreadX（第二版）》不仅是一本技术参考书，更是一套结构化的学习路径。通过本书的学习，读者将能够自信地设计、实现和调试复杂的、高可靠性的、基于 ThreadX 的嵌入式实时应用程序，从而驾驭现代嵌入式系统对高性能和确定性时间响应的苛刻要求。

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在我接触《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》这本书之前，我对 ThreadX 的认识仅限于它是一个轻量级的 RTOS。 但这本书的深入讲解，彻底改变了我对它的看法。 我特别赞赏书中关于“实时性能优化”的章节。 在许多对时间要求极为苛刻的嵌入式应用中，微秒级的延迟都可能带来灾难性的后果。 作者通过对 ThreadX 内部调度机制的深入剖析，以及对各种 API 调用开销的细致分析，为我们提供了一套系统的实时性能优化方法。 比如，在讲解“中断延迟”时，作者详细分析了中断发生后， ThreadX 的中断处理流程，以及如何通过选择合适的 ISR 长度和优先级来最小化中断延迟。 此外，书中对“内存管理”的讲解也十分到位。 对于资源受限的嵌入式系统而言，高效的内存管理是至关重要的。 作者详细介绍了 ThreadX 提供的多种内存管理策略，包括固定大小的内存池、可变大小的内存块等，并分析了它们在不同场景下的优缺点。 通过阅读这些内容，我学会了如何根据具体需求，选择最合适的内存管理方案，从而避免内存碎片化和内存泄漏问题。 我认为，这本书的价值在于它不仅仅停留在 API 的层面，更是深入到 RTOS 的设计哲学和底层机制，帮助读者建立起对实时多线程编程的深刻理解。

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作为一名经验丰富的嵌入式软件工程师，我深知在资源受限的环境中实现高效、可靠的多线程操作是多么具有挑战性。《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》这本书，无疑是我的一个重要里程碑。 它以一种非常系统和深入的方式，阐述了 ThreadX 在实时多线程领域的强大能力。 我对书中关于“任务同步和通信”的详尽解析给予了高度评价。 在实际项目中，线程间的同步和通信往往是导致 bug 的重灾区。 作者通过对互斥量、信号量、事件标志、消息队列等核心机制的深入剖析，并结合大量实际应用场景的案例，为我们提供了一套行之有效的解决方案。 尤其是对“优先级继承”和“优先级天花板”等概念的讲解，让我深刻理解了如何避免优先级反转，从而保证系统的实时性和稳定性。 此外，书中关于“中断处理”的章节也达到了相当的高度。 在嵌入式系统中，中断是连接硬件和软件的关键，而如何在多线程环境下安全、高效地处理中断，是一个非常重要的课题。 作者详细介绍了 ThreadX 的 ISR 接口，以及如何从 ISR 中安全地唤醒线程或发送消息，避免了潜在的数据竞争和死锁。 我认为，这本书的价值不仅仅在于它提供了 ThreadX 的 API 文档，更在于它分享了大量的实践经验和设计模式，帮助读者从宏观上理解和构建高性能、高可靠性的嵌入式多线程系统。

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在我看来，《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》这本书，是一部真正能够将读者从“理论小白”推向“实战高手”的佳作。 我之所以这么说，是因为它不仅仅是知识的堆砌，更是经验的传承。 我一直对嵌入式系统中的“并发控制”非常感兴趣，但往往会陷入各种复杂的同步问题。 这本书在这方面做得非常出色。 它用大量的图例和代码片段，清晰地展示了如何使用 ThreadX 的互斥量、信号量、事件标志以及队列来实现线程间的安全通信和资源共享。 我尤其欣赏书中关于“死锁检测和避免”的详细讲解。 作者通过模拟一个经典的生产者-消费者场景，生动地展示了死锁是如何发生的，以及如何通过精心设计的加锁顺序和超时机制来避免死锁。 这对于我日后编写健壮的多线程程序非常有指导意义。 此外，书中关于“低功耗设计”的章节也引起了我的浓厚兴趣。 在许多嵌入式应用中，功耗是至关重要的考量因素。 作者介绍了一些利用 ThreadX 的低功耗模式，以及如何通过合理的线程调度和任务管理来延长设备的电池寿命。 这也为我今后的项目设计提供了新的思路。 我还注意到，这本书在语言风格上也非常接地气，没有过多的学术术语，更多的是用一种工程师之间的交流方式来讲解技术。 这使得我阅读起来感觉非常轻松，并且能够快速地理解和吸收书中的知识。

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我是一名软件工程师，专注于嵌入式系统开发，尤其是实时操作系统。最近，我深入研读了《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》，这本书在我看来，简直就是一本为我量身打造的宝典。 在接触这本书之前，我虽然有一定程度的多线程开发经验，但主要集中在Linux等通用操作系统上，对于ThreadX这样专门为资源受限的嵌入式环境设计的RTOS，我一直觉得它是一个“神秘”而又“强大”的存在。 这本书的开篇就以一种非常直观的方式，将ThreadX的核心概念，如线程、消息队列、信号量、事件标志等，一一展现在读者面前。 作者并非简单地罗列API，而是通过大量的实际代码示例，清晰地展示了这些组件如何在真实的嵌入式场景中协同工作，解决实际问题。 比如，在讲解线程优先级和调度策略时，书中不仅仅停留在理论层面，而是通过模拟一个交通灯控制系统，生动地演示了不同优先级线程如何影响系统行为，以及如何通过调整调度策略来优化响应时间。 我特别欣赏的是，作者在解释互斥量和信号量时，并没有止步于基本的加锁解锁，而是深入探讨了死锁的产生原因、检测方法以及避免策略，并结合 ThreadX 的具体 API 进行了详细的讲解和演示。 这对于防止嵌入式系统中常见的同步问题至关重要。 书中的“内存管理”章节也让我受益匪浅，对于嵌入式系统而言，内存是极其宝贵的资源，ThreadX 提供的多种内存池机制，以及作者对它们性能和使用场景的深入分析，都为我优化内存使用提供了重要的指导。 总的来说，这本书不仅仅是关于 ThreadX 的 API 参考，更是一本关于如何在资源受限的嵌入式环境中进行高效、可靠的多线程设计的实战指南。 它让我从“知其然而不知其所以然”的状态，迈向了“知其然，更知其所以然”的境界，极大地提升了我处理复杂嵌入式系统多线程问题的能力。

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《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》这本书，对于我这种在嵌入式领域摸爬滚打多年的老兵来说，无疑是一场“及时雨”。 我一直在寻找一本能够系统性地、深入浅出地讲解 ThreadX 多线程技术的书籍，而这本书恰恰满足了我的需求。 它不像一些纯粹的 API 手册，只是枯燥地列出函数签名和参数，而是真正地将 ThreadX 的设计哲学和实际应用相结合。 我对书中关于“中断处理”和“中断服务例程 (ISR)”的章节印象尤为深刻。 在嵌入式系统中，中断是连接硬件和软件的关键，而如何高效、安全地在多线程环境下处理中断，是一个常常让人头疼的问题。 作者通过具体的例子，详细讲解了如何使用 ThreadX 的 ISR 接口，以及如何安全地从 ISR 中唤醒线程，或者向线程发送消息，避免了许多潜在的数据竞争和死锁风险。 此外，书中对“实时性”的探讨也达到了相当的高度。 Real-Time Embedded Multithreading，这个书名本身就强调了“实时”的重要性。 作者在书中通过大量的篇幅，讨论了如何设计具有确定性行为的实时系统，如何分析和优化线程的响应时间，以及如何使用 ThreadX 的各种机制来保证关键任务的及时执行。 比如，在讲解“任务延迟”和“时间片轮转”时，书中不仅仅给出了 API 的用法，还深入分析了它们对系统实时性的影响，以及在不同应用场景下的最佳实践。 我尤其赞赏作者在处理“错误处理”和“异常管理”方面的严谨态度。 嵌入式系统往往运行在严苛的环境下，健壮性和可靠性是至关重要的。 书中详细介绍了 ThreadX 中常见的错误码，以及如何通过合理的设计和代码实现来捕获和处理这些错误，从而提高系统的鲁棒性。 这本书的价值不仅仅在于教你如何使用 ThreadX，更在于它教会你如何思考，如何设计出高性能、高可靠性的嵌入式多线程系统。

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作为一个在嵌入式领域工作了十多年的老工程师，我对各种 RTOS 都有所了解，但 ThreadX 凭借其小巧、高效和成熟的特点，一直是我项目中的首选。 《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》这本书，在我看来，是一部集大成之作，它以一种非常系统和深入的方式，阐述了 ThreadX 的方方面面。 我对书中关于“实时调度算法”的分析尤为赞赏。 作者不仅仅停留在 ThreadX 提供的 round-robin、priority-based preemptive 等调度策略的介绍，而是深入分析了这些算法的优缺点，以及在不同应用场景下的适用性。 比如，在讨论实时性要求极高的场景时，作者详细解释了如何通过精心设计的线程优先级和调度策略，来确保关键任务的低延迟和确定性响应。 此外，书中关于“堆栈溢出”和“内存碎片化”的章节，也让我受益匪浅。 这些是嵌入式系统中最常见也最棘手的几个问题。 作者通过详细的分析，揭示了这些问题的根源，并给出了 ThreadX 提供的解决方案，比如使用不同大小的内存池来管理不同类型的数据，以及如何通过代码审查和工具来检测潜在的栈溢出风险。 我特别喜欢书中关于“软件架构设计”的讨论。 在多线程的嵌入式系统中，良好的软件架构是保证系统可维护性、可扩展性和可靠性的关键。 作者结合 ThreadX 的特性，提出了许多实用的架构设计原则和模式，比如如何合理地划分任务，如何设计模块间的通信机制，以及如何进行模块化的测试。 这本书不仅仅是关于 ThreadX 的使用，更是关于如何构建高性能、高可靠性的嵌入式多线程系统的智慧结晶。

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我是一名对嵌入式系统充满好奇心的新手开发者，尤其对实时多线程编程感到既兴奋又畏惧。 《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》这本书，就像一位经验丰富的导师，引导我一步步揭开了 ThreadX 的神秘面纱。 最初，我对“多线程”这个概念感到非常抽象，不知道如何在有限的微控制器资源上实现并发。 但是，这本书通过非常生动的类比和清晰的图示，将线程、任务、上下文切换等概念解释得淋漓尽致。 我特别喜欢书中关于“线程同步”的章节，它用了一个非常贴切的比喻来形容互斥量，就像一个房间的门锁，一次只能一个人进去。 通过这个简单的比喻，我立刻明白了互斥量的作用，以及它在避免多线程环境下数据混乱中的重要性。 之后，书本进一步介绍了信号量和事件标志，通过实际的场景模拟，比如多个传感器需要共享一个有限的通信总线，或者一个主任务需要等待多个子任务完成后才能继续执行，让我对这些同步机制有了更深刻的理解。 此外，这本书对于“调试”部分也给予了足够的重视。 在嵌入式开发中，调试多线程程序往往是件非常困难的事情，因为问题的出现可能非常短暂且难以复现。 作者分享了一些在 ThreadX 环境下进行调试的技巧和工具，比如如何利用 ThreadX 的日志功能，或者结合调试器来观察线程的状态和数据流。 这对于我这样的新手来说，无疑是宝贵的经验。 阅读这本书的过程中，我感觉自己仿佛置身于一个实际的嵌入式项目开发现场，通过作者的指导，一步步构建起复杂的系统。

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我是一名对嵌入式系统充满热情的学生，一直想深入了解 ThreadX 这种在业界广泛应用的实时操作系统。《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》这本书，为我打开了一扇通往 RTOS 世界的大门。 书中将复杂的概念，如线程、信号量、互斥量等，用非常易懂的语言和生动的比喻进行了解释。 我尤其喜欢书中关于“线程间的消息传递”的讲解。 作者用一个“信箱”的比喻来形容消息队列，让我瞬间理解了消息队列是如何工作的。 并且，通过大量的代码示例，我学会了如何安全地向消息队列发送和接收消息，避免了数据丢失或损坏。 此外，书中关于“时间管理”的章节也让我印象深刻。 实时系统中，精确的时间控制是至关重要的。 作者详细讲解了 ThreadX 的定时器和延迟函数，以及如何利用它们来调度任务，实现精确的延时和周期性执行。 我还注意到，这本书在讲解过程中，非常注重对“嵌入式系统调试”技巧的分享。 调试多线程程序往往是件非常困难的事情，这本书提供了一些实用的调试方法和工具，比如如何利用 ThreadX 的日志功能来追踪线程的行为，以及如何结合硬件调试器来观察线程的状态。 这对于我这样的新手来说，简直是“及时雨”。 我认为，这本书不仅教授了 ThreadX 的知识，更重要的是培养了我解决实际问题的能力。

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作为一名初入嵌入式开发领域的新人，我对实时操作系统和多线程编程感到既好奇又有些迷茫。《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》这本书，无疑是我学习路上的“启明星”。 从一开始，我就被书中清晰的逻辑和循序渐进的讲解所吸引。 作者并没有一开始就抛出复杂的 API，而是从最基础的概念讲起，比如什么是线程，线程之间如何切换，以及为什么我们需要多线程。 我特别喜欢书中关于“线程状态”的讲解，它通过形象的图示，将线程的“就绪”、“运行”、“阻塞”、“挂起”等状态生动地展现出来，让我对线程的生命周期有了直观的认识。 随后，书中深入讲解了 ThreadX 的核心同步原语，如信号量和事件标志。 我印象深刻的是，作者用一个“银行排队取号”的场景来比喻信号量，让我瞬间理解了信号量的计数功能。 而事件标志则被比作一个“通知板”，当某个事件发生时，可以及时通知等待的线程。 这些贴切的比喻，极大地降低了学习门槛。 此外，书中关于“线程间通信”的章节也让我大开眼界。 消息队列、邮箱、管道等机制，都为线程间的有效信息传递提供了解决方案。 作者通过实际的代码示例，展示了如何利用这些机制来构建复杂的并发应用程序，比如一个数据采集模块需要将采集到的数据发送给一个处理模块。 我认为，这本书最宝贵的地方在于，它不仅仅是知识的传授，更是解决问题的思路和方法的启发，让我能够独立思考，并运用 ThreadX 的特性来解决实际的嵌入式开发难题。

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作为一名在嵌入式领域耕耘多年的技术人员，我一直对 ThreadX 这种高效、可靠的实时操作系统情有独钟。《Real-Time Embedded Multithreading Using ThreadX, Second Edition》这本书，在我看来，是对 ThreadX 核心概念和高级特性的一个全面而深入的解读。 我对书中关于“任务优先级反转”和“优先级继承”的章节印象尤为深刻。 这些是多线程编程中非常棘手的问题，稍有不慎就可能导致系统死锁或性能下降。 作者通过详实的分析和生动的案例，清晰地阐述了优先级反转的产生机制，以及 ThreadX 提供的优先级继承机制如何有效地解决这一问题。 这对于我编写更加健壮和可靠的嵌入式系统至关重要。 此外，书中关于“任务创建与删除”的细致讲解也让我受益匪浅。 动态地创建和删除任务，虽然能提供更大的灵活性，但也带来了额外的开销和潜在的风险。 作者详细分析了这些操作的时序和资源消耗，并给出了在实际应用中如何权衡利弊的建议。 我还注意到，这本书在讲解过程中，非常注重理论与实践的结合。 书中大量的代码示例，都经过了精心设计，能够准确地反映 ThreadX 的 API 用法和设计理念。 这些示例不仅仅是简单的 API 调用，更是包含了对实际问题的解决方案。 阅读这本书，感觉就像在与一位经验丰富的嵌入式系统架构师进行深入的交流，从他的经验中汲取智慧，从而提升自己的技术水平。

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