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高性能嵌入式计算(原书第2版) 内容简介

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高性能嵌入式计算(原书第2版) 目录

高性能嵌入式计算(原书第2版) 精彩文摘

本书从性能、功率和能耗以及成本等方面讲述现代嵌入式计算系统的设计方法。第1章概述嵌入式计算,第2章介绍各种处理器,第3章讲述编程,第4章讨论进程、操作系统,第5章介绍多处理器体系结构,第6章讲述多处理器软件,第7章介绍系统级设计和软硬件协同设计,第8章讲述物理信息系统的设计。本书包含大量实例,涵盖嵌入式计算领域的高级主题,适合对嵌入式系统感兴趣的专业人员和师生阅读。第1章 嵌入式计算1.1 高性能嵌入式计算的现状1.2 信息物理系统和嵌入式计算1.2.1 交通工具控制和操作1.2.2 医疗设备和系统1.2.3 电力1.2.4 无线电和网络1.2.5 多媒体1.3 设计方法1.3.1 为什么使用设计方法1.3.2 设计目标1.3.3 基本设计方法1.3.4 嵌入式设计流程1.3.5 基于标准的设计方法1.3.6 设计验证和确认1.3.7 方法学1.3.8 算法和体系结构联合开发1.4 计算模型1.4.1 为什么学习计算模型1.4.2 图灵机1.4.3 面向流模型1.4.4 状态和控制的表示1.4.5 并行性和通信1.4.6 并行的来源和使用1.5 可靠性、安全性和保密性1.5.1 为什么需要可靠的嵌入式系统1.5.2 可靠系统设计的基础1.5.3 新型攻击和对策1.6 消费类电子产品体系结构1.6.1 蓝牙1.6.2 WiFi1.6.3 网络化消费类电子设备1.6.4 高层次服务1.7 小结和展望本章所学内容进一步阅读习题实验练习第2章 CPU2.1 引言2.2 处理器的比较2.2.1 评价处理器2.2.2 处理器的分类2.2.3 嵌入式处理器与通用处理器2.3 RISC处理器和数字信号处理器2.3.1 RISC处理器2.3.2 数字信号处理器2.4 并行执行机制2.4.1 超长指令字处理器2.4.2 超标量处理器2.4.3 SIMD和向量处理器2.4.4 线程级并行性2.4.5 GPU2.4.6 处理器资源的利用2.5 性能可变CPU体系结构2.5.1 动态电压和频率缩放2.5.2 可靠性和错误感知计算2.6 处理器存储层次结构2.6.1 存储器组件模型2.6.2 寄存器文件2.6.3 缓存2.6.4 暂存存储器2.7 编码和安全2.7.1 代码压缩2.7.2 代码和数据压缩2.7.3 低功率总线编码2.7.4 安全性2.8 CPU模拟2.8.1 基于跟踪文件的分析2.8.2 直接执行2.8.3 微体系结构建模模拟器2.8.4 功耗和热度的模拟与建模2.9 自动化CPU设计2.9.1 可配置处理器2.9.2 指令集综合2.10 小结本章所学内容进一步阅读习题实验练习第3章 程序3.1 引言3.2 代码生成和后端编译3.2.1 指令模型3.2.2 寄存器分配3.2.3 指令选择和调度3.2.4 代码放置3.2.5 编程环境3.3 面向存储的优化3.3.1 循环变换3.3.2 全局优化3.3.3 缓冲区、数据传输和内存管理3.3.4 面向缓存和暂存的优化3.3.5 面向主存的优化3.4 程序性能分析3.4.1 性能模型3.4.2 路径分析3.4.3 路径计时3.5 计算与编程模型3.5.1 面向中断的语言3.5.2 数据流语言3.5.3 面向控制的语言3.5.4 Java3.5.5 计算异构模型3.6 小结本章所学内容进一步阅读习题实验练习第4章 进程和操作系统4.1 引言4.2 实时进程调度4.2.1 预备知识4.2.2 实时调度算法4.2.3 多关键级调度4.2.4 动态电压和频率缩放调度4.2.5 性能估计4.3 语言和调度4.4 操作系统设计4.4.1 嵌入式操作系统的内存管理4.4.2 实时操作系统结构4.4.3 操作系统开销4.4.4 对调度的支持4.4.5 进程间通信机制4.4.6 功耗管理4.4.7 嵌入式设备中的文件系统4.5 验证4.6 小结本章所学内容进一步阅读习题实验练习第5章 多处理器体系结构5.1 引言5.2 为什么需要嵌入式多处理器5.2.1 嵌入式系统需求5.2.2 性能和能量5.2.3 专用性和多处理器5.2.4 灵活性和效率5.3 多处理器设计技术5.3.1 多处理器设计方法5.3.2 多处理器的建模和模拟5.4 多处理器体系结构简介5.5 处理单元5.6 互连网络5.6.1 模型5.6.2 网络拓扑5.6.3 路由和流控制5.6.4 片上网络5.7 存储系统5.7.1 传统并行存储系统5.7.2 存储模型5.7.3 异构存储系统5.7.4 一致性并行存储系统5.8 物理分布式系统和网络5.8.1 CAN总线5.8.2 时间触发架构5.8.3 FlexRay5.8.4 航空网络5.9 多处理器设计方法和算法5.10 小结本章所学内容进一步阅读习题实验练习第6章 多处理器软件6.1 引言6.2 嵌入式多处理器软件有何不同6.3 实时多处理器操作系统6.3.1 操作系统的角色6.3.2 多处理器调度6.3.3 动态任务的调度6.4 嵌入式多处理器的服务和中间件6.4.1 基于标准的服务6.4.2 片上系统服务6.4.3 服务质量6.5 设计验证6.6 小结本章所学内容进一步阅读习题实验练习第7章 系统级设计和软硬件协同设计7.1 引言7.2 性能估计7.2.1 高层综合7.2.2 加速器估计7.3 软硬件协同综合算法7.3.1 程序表达7.3.2 平台表达7.3.3 模板驱动的综合算法7.3.4 通用多处理器的协同综合7.3.5 多目标优化7.3.6 控制和I/O综合7.3.7 存储系统7.3.8 可重构系统的协同综合7.4 电子系统级设计7.5 热度感知设计7.6 可靠性7.7 系统级模拟7.8 小结本章所学内容进一步阅读习题实验练习第8章 信息物理系统8.1 引言8.2 控制理论和系统8.3 控制/计算协同设计8.4 网络化控制系统8.5 设计方法学8.5.1 基于模型的设计8.5.2 形式化方法8.6 安全性8.7 小结本章所学内容进一步阅读习题实验练习术语表参考文献索引聪明的读者会注意到,在这里我们并没有关心某些传统编程语言所关注的模块化等问题。虽然模块化和可维护性非常重要,但它们不是嵌入式计算特有的问题。我们提到的语言中的一些方面更专注于嵌入式系统,即必须实现多种不同类型的计算并使其顺利合作。多种表达力可能让我们使用多种编程语言创建一个系统——我们称这些系统为异构编程(heterogeneously programmed)的系统。当多种编程语言混合使用时,需要对不同编程语言编写的模块之间的通信进行恰当设计并能够承担由此带来的负担。在一种特定语言中,语言系统一般能帮助验证某些基本操作,并且更容易思考程序如何工作。当我们混合使用多种语言时,确保程序能一起正常工作就很困难。理解每种编程语言的工作模型及其可靠通信的条件是设计异构编程系统的关键步骤。1.4.2 图灵机图灵机( Turing machine)是最有名的无限状态计算模型(Church首先开发了Lambda演算,但图灵机模型更为接近实际计算机的运行)。如图1—22所示,图灵机自身包含一个程序、一个读写头和一个状态。图灵机对划分为许多单元的磁带进行读写操作,其中每个单元包含一个符号。磁带可以在读写头下前后移动;读写头在磁带上可以读出或写入符号。由于磁带可无限长,因此图灵机可以描述无限状态计算。

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