嵌入式实时系统:调度分析和验证

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作者: [美] , , ,
2015-12
版次: 1
ISBN: 9787512418714
定价: 69.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
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  •   本书面向嵌入式实时系统,较系统地论述基本的实时调度算法、调度性分析方法,说明引入形式化方法的必要性,并为实时系统设计提供一个清晰的形式化方法基础.其核心是面向实时系统的形  式化分析(formalanalysis)及验证.全书特别列举了大量关于安全关键系统的工程实例,从简单系统(如温度控制系统、面包机和电饭煲)到高度复杂系统(如飞机和航天飞机),通过将上述形式化方法成功应用于这些工程项目,有助于加深读者对嵌入式实时系统分析和验证方法的理解和运用.  本书面向高等院校本科生和研究生,作为“嵌入式系统”、“实时系统”相关专业课程教材或教学参考书使用;也可面向业界从业者和研究人员,作为参考书使用. 第1章 简 介………………………………………………………………………… 11.1 什么是时间…………………………………………………………………… 21.2 仿 真………………………………………………………………………… 31.3 测 试………………………………………………………………………… 41.4 验 证………………………………………………………………………… 51.5 运行时期监测………………………………………………………………… 51.6 相关资源……………………………………………………………………… 6第2章 非实时系统的分析与验证…………………………………………………… 82.1 符号逻辑……………………………………………………………………… 82.1.1 命题逻辑………………………………………………………………… 82.1.2 谓词逻辑………………………………………………………………… 152.2 自动机和语言………………………………………………………………… 222.2.1 语言和表示……………………………………………………………… 222.2.2 有限自动机……………………………………………………………… 232.2.3 非定时系统的规范指定和验证………………………………………… 252.3 历史回顾和相关研究………………………………………………………… 292.4 总 结………………………………………………………………………… 30习 题……………………………………………………………………………… 31第3章 实时调度和调度性分析…………………………………………………… 333.1 确定计算时间………………………………………………………………… 343.2 单处理器调度………………………………………………………………… 353.2.1 独立可抢占任务的调度………………………………………………… 353.2.2 不可抢占任务的调度…………………………………………………… 473.2.3 带前后次序约束的不可抢占任务……………………………………… 483.2.4 周期任务间的通信:确定的会合模型………………………………… 503.2.5 带临界区域的周期任务:核心化监测模型…………………………… 513.3 多处理器调度………………………………………………………………… 533.3.1 调度表示………………………………………………………………… 533.3.2 单实例任务调度………………………………………………………… 543.3.3 周期任务调度…………………………………………………………… 563.4 可用的调度工具……………………………………………………………… 573.4.1 PERTS/RAPIDRMA ………………………………………………… 583.4.2 PerfoRMAx …………………………………………………………… 593.4.3 TimeWiz ……………………………………………………………… 593.5 可用的实时操作系统………………………………………………………… 603.6 历史回顾和相关研究………………………………………………………… 613.7 总 结………………………………………………………………………… 62习 题……………………………………………………………………………… 67第4章 有限状态系统的模型检测………………………………………………… 704.1 系统规范……………………………………………………………………… 704.2 CLARKE EMERSON SISTLA 模型检测器…………………………… 724.3 CTL的扩展………………………………………………………………… 764.4 应 用………………………………………………………………………… 764.5 用C实现的完整的CTL模型检测器程序………………………………… 794.6 符号化模型检测…………………………………………………………… 1014.6.1 二元决策图BDDs …………………………………………………… 1014.6.2 符号模型检测器……………………………………………………… 1044.7 实时CTL ………………………………………………………………… 1054.7.1 最小和最大延迟……………………………………………………… 1054.7.2 条件发生的最小和最大数量………………………………………… 1074.7.3 非单位转移时间……………………………………………………… 1084.8 可用的工具………………………………………………………………… 1094.9 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 1104.10 总 结……………………………………………………………………… 112习 题……………………………………………………………………………… 114第5章 可视形式化、状态图和STATEMATE …………………………………… 1165.1 状态图……………………………………………………………………… 1175.1.1 状态图的基本功能…………………………………………………… 1175.1.2 语 义………………………………………………………………… 1205.2 活动图……………………………………………………………………… 1215.3 模块图……………………………………………………………………… 1215.4 STATEMATE …………………………………………………………… 1225.4.1 形式语言……………………………………………………………… 1225.4.2 信息检索和文档……………………………………………………… 1225.4.3 代码的执行和分析…………………………………………………… 1225.5 可用的工具………………………………………………………………… 1235.6 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 1245.7 总 结……………………………………………………………………… 125习 题……………………………………………………………………………… 126第6章 实时逻辑、图论分析与模式图…………………………………………… 1276.1 规范和安全声明…………………………………………………………… 1276.2 事件动作模型……………………………………………………………… 1286.3 实时逻辑…………………………………………………………………… 1286.4 限制性RTL公式………………………………………………………… 1306.5 不可满足性的检测………………………………………………………… 1336.6 高效的不可满足性检测…………………………………………………… 1346.7 工业例子:美国航空航天局X 38机组返回舱………………………… 1376.7.1 X 38航空电子体系结构…………………………………………… 1376.7.2 时序特性……………………………………………………………… 1386.7.3 使用RTL进行时序和安全分析…………………………………… 1386.7.4 RTL规范……………………………………………………………… 1386.7.5 将RTL表示转化成Presburger算术……………………………… 1426.7.6 约束图的分析………………………………………………………… 1456.8 模式图规范语言…………………………………………………………… 1456.8.1 模 式………………………………………………………………… 1466.8.2 转 移………………………………………………………………… 1476.9 验证模式图规范的时间属性……………………………………………… 1486.9.1 系统运算……………………………………………………………… 1486.9.2 运算图………………………………………………………………… 1496.9.3 时间属性……………………………………………………………… 1496.9.4 节点之间的最小和最大距离………………………………………… 1506.9.5 终点和间隔的排除与纳入…………………………………………… 1516.10 可用的工具………………………………………………………………… 1526.11 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 1526.12 总 结……………………………………………………………………… 152习 题……………………………………………………………………………… 155第7章 利用时间自动机进行验证………………………………………………… 1587.1 Lynch Vaandrager自动机理论方法…………………………………… 1587.1.1 定时执行……………………………………………………………… 1597.1.2 定时轨迹……………………………………………………………… 1597.1.3 时间自动机的组合…………………………………………………… 1607.1.4 MMT自动机………………………………………………………… 1607.1.5 验证技术……………………………………………………………… 1617.1.6 通过仿真证明时间界限……………………………………………… 1637.2 AlurGDill自动机理论方法………………………………………………… 1637.2.1 非定时轨迹…………………………………………………………… 1647.2.2 定时轨迹……………………………………………………………… 1647.2.3 Alur Dill时间自动机……………………………………………… 1677.3 Alur Dill域自动机和验证……………………………………………… 1697.3.1 时钟域………………………………………………………………… 1707.3.2 域自动机……………………………………………………………… 1717.3.3 验证算法……………………………………………………………… 1727.4 可用的工具………………………………………………………………… 1737.5 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 1747.6 总 结……………………………………………………………………… 175习 题……………………………………………………………………………… 178第8章 时间相关的Petri网……………………………………………………… 1798.1 非定时Petri网…………………………………………………………… 1798.2 带有时间扩展的Petri网………………………………………………… 1818.2.1 定时Petri网………………………………………………………… 1818.2.2 时间Petri网………………………………………………………… 1818.2.3 高阶定时Petri网…………………………………………………… 1848.3 时间ER网………………………………………………………………… 1858.4 高阶Petri网的属性……………………………………………………… 1898.5 TPN 网的BerthomieuGDiaz分析算法…………………………………… 1908.5.1 从状态类出发的变迁的可发生性确定……………………………… 1918.5.2 导出可达类…………………………………………………………… 1928.6 Milano研究团队的HLTPN 分析方法…………………………………… 1938.7 可用的工具………………………………………………………………… 1958.8 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 1958.9 总 结……………………………………………………………………… 196习 题……………………………………………………………………………… 199第9章 进程代数…………………………………………………………………… 2009.1 非定时进程代数…………………………………………………………… 2009.2 Milner的通信系统演算…………………………………………………… 2019.2.1 行为程序的直接等价………………………………………………… 2029.2.2 行为程序的全等……………………………………………………… 2039.2.3 等价关系:互模拟……………………………………………………… 2039.3 定时进程代数……………………………………………………………… 2049.4 通信共享资源的进程代数………………………………………………… 2049.4.1 ACSR的语法………………………………………………………… 2059.4.2 ACSR的语义:操作规则……………………………………………… 2069.4.3 机场雷达系统的例子………………………………………………… 2109.5 分析和验证………………………………………………………………… 2119.5.1 分析的例子…………………………………………………………… 2139.5.2 VERSA 的使用……………………………………………………… 2149.5.3 实用性………………………………………………………………… 2159.6 与其他方法的关系………………………………………………………… 2159.7 可用的工具………………………………………………………………… 2169.8 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 2169.9 总 结……………………………………………………………………… 217习 题……………………………………………………………………………… 218第10章 基于命题逻辑规则系统的设计与分析…………………………………… 21910.1 实时决策系统……………………………………………………………… 21910.2 实时专家系统……………………………………………………………… 22110.3 基于命题逻辑规则的程序———EQL语言……………………………… 22210.3.1 声明部分……………………………………………………………… 22310.3.2 初始化部分———初始化INIT和输入INPUT …………………… 22310.3.3 规则部分———RULES ……………………………………………… 22410.3.4 输出部分……………………………………………………………… 22610.4 状态空间表示……………………………………………………………… 22810.5 计算机辅助设计工具……………………………………………………… 23010.6 分析问题…………………………………………………………………… 23710.6.1 有限域………………………………………………………………… 23810.6.2 特殊形式:对于常量的相容性赋值,L 和T 不相交……………… 23910.6.3 通用分析策略………………………………………………………… 24110.7 工业例子:航天飞机压力控制系统的低温氢压力故障处理过程分析……………………………………………………………………………… 24210.8 综合问题…………………………………………………………………… 25210.8.1 调度基于等式规则程序的时间复杂性……………………………… 25410.8.2 拉格朗日乘子法求解时间预算问题………………………………… 25510.9 在ESTELLA 中规定终止条件………………………………………… 25710.9.1 分析方法概述………………………………………………………… 25810.9.2 规定行为约束断言的工具…………………………………………… 26010.9.3 用于Estella的与语境无关的语法………………………………… 26710.10 两个工业例子…………………………………………………………… 27210.10.1 为分析ISA 专家系统而规定循环和退出条件…………………… 27210.10.2 为分析FCE专家系统而规定断言………………………………… 27410.11 Estella———通用分析工具……………………………………………… 27810.11.1 通用分析算法……………………………………………………… 27910.11.2 独立规则集的选择………………………………………………… 27910.11.3 相容条件的检查…………………………………………………… 28310.11.4 循环退出条件的检查……………………………………………… 28410.12 定量时序分析算法……………………………………………………… 28610.12.1 概 述……………………………………………………………… 28610.12.2 等式逻辑语言……………………………………………………… 28710.12.3 互斥和相容………………………………………………………… 28810.12.4 高阶依赖图………………………………………………………… 28910.12.5 程序执行和响应时间……………………………………………… 29110.12.6 状态空间图………………………………………………………… 29210.12.7 响应时间分析问题和特殊形式…………………………………… 29310.12.8 特殊形式A 和Algorithm_A ……………………………………… 29310.12.9 特殊形式A ………………………………………………………… 29310.12.10 特殊形式D和Algorithm_D …………………………………… 29510.12.11 通用分析算法……………………………………………………… 30210.12.12 一些证明…………………………………………………………… 30410.13 历史回顾和相关研究…………………………………………………… 30810.14 总 结…………………………………………………………………… 310习 题……………………………………………………………………………… 312第11章 基于谓词逻辑规则系统的时序分析…………………………………… 314第12章 基于规则系统的优化…………………………………………………… 377参考文献 …………………………………………………………………………… 404
  • 内容简介:
      本书面向嵌入式实时系统,较系统地论述基本的实时调度算法、调度性分析方法,说明引入形式化方法的必要性,并为实时系统设计提供一个清晰的形式化方法基础.其核心是面向实时系统的形  式化分析(formalanalysis)及验证.全书特别列举了大量关于安全关键系统的工程实例,从简单系统(如温度控制系统、面包机和电饭煲)到高度复杂系统(如飞机和航天飞机),通过将上述形式化方法成功应用于这些工程项目,有助于加深读者对嵌入式实时系统分析和验证方法的理解和运用.  本书面向高等院校本科生和研究生,作为“嵌入式系统”、“实时系统”相关专业课程教材或教学参考书使用;也可面向业界从业者和研究人员,作为参考书使用.
  • 目录:
    第1章 简 介………………………………………………………………………… 11.1 什么是时间…………………………………………………………………… 21.2 仿 真………………………………………………………………………… 31.3 测 试………………………………………………………………………… 41.4 验 证………………………………………………………………………… 51.5 运行时期监测………………………………………………………………… 51.6 相关资源……………………………………………………………………… 6第2章 非实时系统的分析与验证…………………………………………………… 82.1 符号逻辑……………………………………………………………………… 82.1.1 命题逻辑………………………………………………………………… 82.1.2 谓词逻辑………………………………………………………………… 152.2 自动机和语言………………………………………………………………… 222.2.1 语言和表示……………………………………………………………… 222.2.2 有限自动机……………………………………………………………… 232.2.3 非定时系统的规范指定和验证………………………………………… 252.3 历史回顾和相关研究………………………………………………………… 292.4 总 结………………………………………………………………………… 30习 题……………………………………………………………………………… 31第3章 实时调度和调度性分析…………………………………………………… 333.1 确定计算时间………………………………………………………………… 343.2 单处理器调度………………………………………………………………… 353.2.1 独立可抢占任务的调度………………………………………………… 353.2.2 不可抢占任务的调度…………………………………………………… 473.2.3 带前后次序约束的不可抢占任务……………………………………… 483.2.4 周期任务间的通信:确定的会合模型………………………………… 503.2.5 带临界区域的周期任务:核心化监测模型…………………………… 513.3 多处理器调度………………………………………………………………… 533.3.1 调度表示………………………………………………………………… 533.3.2 单实例任务调度………………………………………………………… 543.3.3 周期任务调度…………………………………………………………… 563.4 可用的调度工具……………………………………………………………… 573.4.1 PERTS/RAPIDRMA ………………………………………………… 583.4.2 PerfoRMAx …………………………………………………………… 593.4.3 TimeWiz ……………………………………………………………… 593.5 可用的实时操作系统………………………………………………………… 603.6 历史回顾和相关研究………………………………………………………… 613.7 总 结………………………………………………………………………… 62习 题……………………………………………………………………………… 67第4章 有限状态系统的模型检测………………………………………………… 704.1 系统规范……………………………………………………………………… 704.2 CLARKE EMERSON SISTLA 模型检测器…………………………… 724.3 CTL的扩展………………………………………………………………… 764.4 应 用………………………………………………………………………… 764.5 用C实现的完整的CTL模型检测器程序………………………………… 794.6 符号化模型检测…………………………………………………………… 1014.6.1 二元决策图BDDs …………………………………………………… 1014.6.2 符号模型检测器……………………………………………………… 1044.7 实时CTL ………………………………………………………………… 1054.7.1 最小和最大延迟……………………………………………………… 1054.7.2 条件发生的最小和最大数量………………………………………… 1074.7.3 非单位转移时间……………………………………………………… 1084.8 可用的工具………………………………………………………………… 1094.9 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 1104.10 总 结……………………………………………………………………… 112习 题……………………………………………………………………………… 114第5章 可视形式化、状态图和STATEMATE …………………………………… 1165.1 状态图……………………………………………………………………… 1175.1.1 状态图的基本功能…………………………………………………… 1175.1.2 语 义………………………………………………………………… 1205.2 活动图……………………………………………………………………… 1215.3 模块图……………………………………………………………………… 1215.4 STATEMATE …………………………………………………………… 1225.4.1 形式语言……………………………………………………………… 1225.4.2 信息检索和文档……………………………………………………… 1225.4.3 代码的执行和分析…………………………………………………… 1225.5 可用的工具………………………………………………………………… 1235.6 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 1245.7 总 结……………………………………………………………………… 125习 题……………………………………………………………………………… 126第6章 实时逻辑、图论分析与模式图…………………………………………… 1276.1 规范和安全声明…………………………………………………………… 1276.2 事件动作模型……………………………………………………………… 1286.3 实时逻辑…………………………………………………………………… 1286.4 限制性RTL公式………………………………………………………… 1306.5 不可满足性的检测………………………………………………………… 1336.6 高效的不可满足性检测…………………………………………………… 1346.7 工业例子:美国航空航天局X 38机组返回舱………………………… 1376.7.1 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验证技术……………………………………………………………… 1617.1.6 通过仿真证明时间界限……………………………………………… 1637.2 AlurGDill自动机理论方法………………………………………………… 1637.2.1 非定时轨迹…………………………………………………………… 1647.2.2 定时轨迹……………………………………………………………… 1647.2.3 Alur Dill时间自动机……………………………………………… 1677.3 Alur Dill域自动机和验证……………………………………………… 1697.3.1 时钟域………………………………………………………………… 1707.3.2 域自动机……………………………………………………………… 1717.3.3 验证算法……………………………………………………………… 1727.4 可用的工具………………………………………………………………… 1737.5 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 1747.6 总 结……………………………………………………………………… 175习 题……………………………………………………………………………… 178第8章 时间相关的Petri网……………………………………………………… 1798.1 非定时Petri网…………………………………………………………… 1798.2 带有时间扩展的Petri网………………………………………………… 1818.2.1 定时Petri网………………………………………………………… 1818.2.2 时间Petri网………………………………………………………… 1818.2.3 高阶定时Petri网…………………………………………………… 1848.3 时间ER网………………………………………………………………… 1858.4 高阶Petri网的属性……………………………………………………… 1898.5 TPN 网的BerthomieuGDiaz分析算法…………………………………… 1908.5.1 从状态类出发的变迁的可发生性确定……………………………… 1918.5.2 导出可达类…………………………………………………………… 1928.6 Milano研究团队的HLTPN 分析方法…………………………………… 1938.7 可用的工具………………………………………………………………… 1958.8 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 1958.9 总 结……………………………………………………………………… 196习 题……………………………………………………………………………… 199第9章 进程代数…………………………………………………………………… 2009.1 非定时进程代数…………………………………………………………… 2009.2 Milner的通信系统演算…………………………………………………… 2019.2.1 行为程序的直接等价………………………………………………… 2029.2.2 行为程序的全等……………………………………………………… 2039.2.3 等价关系:互模拟……………………………………………………… 2039.3 定时进程代数……………………………………………………………… 2049.4 通信共享资源的进程代数………………………………………………… 2049.4.1 ACSR的语法………………………………………………………… 2059.4.2 ACSR的语义:操作规则……………………………………………… 2069.4.3 机场雷达系统的例子………………………………………………… 2109.5 分析和验证………………………………………………………………… 2119.5.1 分析的例子…………………………………………………………… 2139.5.2 VERSA 的使用……………………………………………………… 2149.5.3 实用性………………………………………………………………… 2159.6 与其他方法的关系………………………………………………………… 2159.7 可用的工具………………………………………………………………… 2169.8 历史回顾和相关研究……………………………………………………… 2169.9 总 结……………………………………………………………………… 217习 题……………………………………………………………………………… 218第10章 基于命题逻辑规则系统的设计与分析…………………………………… 21910.1 实时决策系统……………………………………………………………… 21910.2 实时专家系统……………………………………………………………… 22110.3 基于命题逻辑规则的程序———EQL语言……………………………… 22210.3.1 声明部分……………………………………………………………… 22310.3.2 初始化部分———初始化INIT和输入INPUT …………………… 22310.3.3 规则部分———RULES ……………………………………………… 22410.3.4 输出部分……………………………………………………………… 22610.4 状态空间表示……………………………………………………………… 22810.5 计算机辅助设计工具……………………………………………………… 23010.6 分析问题…………………………………………………………………… 23710.6.1 有限域………………………………………………………………… 23810.6.2 特殊形式:对于常量的相容性赋值,L 和T 不相交……………… 23910.6.3 通用分析策略………………………………………………………… 24110.7 工业例子:航天飞机压力控制系统的低温氢压力故障处理过程分析……………………………………………………………………………… 24210.8 综合问题…………………………………………………………………… 25210.8.1 调度基于等式规则程序的时间复杂性……………………………… 25410.8.2 拉格朗日乘子法求解时间预算问题………………………………… 25510.9 在ESTELLA 中规定终止条件………………………………………… 25710.9.1 分析方法概述………………………………………………………… 25810.9.2 规定行为约束断言的工具…………………………………………… 26010.9.3 用于Estella的与语境无关的语法………………………………… 26710.10 两个工业例子…………………………………………………………… 27210.10.1 为分析ISA 专家系统而规定循环和退出条件…………………… 27210.10.2 为分析FCE专家系统而规定断言………………………………… 27410.11 Estella———通用分析工具……………………………………………… 27810.11.1 通用分析算法……………………………………………………… 27910.11.2 独立规则集的选择………………………………………………… 27910.11.3 相容条件的检查…………………………………………………… 28310.11.4 循环退出条件的检查……………………………………………… 28410.12 定量时序分析算法……………………………………………………… 28610.12.1 概 述……………………………………………………………… 28610.12.2 等式逻辑语言……………………………………………………… 28710.12.3 互斥和相容………………………………………………………… 28810.12.4 高阶依赖图………………………………………………………… 28910.12.5 程序执行和响应时间……………………………………………… 29110.12.6 状态空间图………………………………………………………… 29210.12.7 响应时间分析问题和特殊形式…………………………………… 29310.12.8 特殊形式A 和Algorithm_A ……………………………………… 29310.12.9 特殊形式A ………………………………………………………… 29310.12.10 特殊形式D和Algorithm_D …………………………………… 29510.12.11 通用分析算法……………………………………………………… 30210.12.12 一些证明…………………………………………………………… 30410.13 历史回顾和相关研究…………………………………………………… 30810.14 总 结…………………………………………………………………… 310习 题……………………………………………………………………………… 312第11章 基于谓词逻辑规则系统的时序分析…………………………………… 314第12章 基于规则系统的优化…………………………………………………… 377参考文献 …………………………………………………………………………… 404
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(当代学术棱镜译丛)艺术批评入门:历史、策略与声音
[美]克尔·休斯顿
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数据工程之道:设计和构建健壮的数据系统 [美]乔·里斯 [美]马特·豪斯利
[美]乔·里斯(Joe Reis),[美]马特·豪斯利(Matt Housley)
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矿王谷的黎明:塞拉俱乐部诉莫顿案与美国环境法的转变(精装典藏版)
[美]丹尼尔·P.塞尔米,(Daniel,P.Selmi)
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体式神话:瑜伽传统故事精粹(第二版) (从30个体式古老起源中汲取灵感与力量,内附精美插图)
[美]阿兰娜·凯瓦娅(Alanna Kaivalya)[荷]阿诸那·范德·库伊(Arjuna van der Kooij)
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诺奖作家给孩子的阅读课·生命教育(3-9年级,莫言余华的文学启蒙,垫高阅读起点,提升作文能力)
[美]海明威等
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蚯蚓的日记(全4册)【平装版】
[美]朵琳·克罗宁