高性能嵌入式計(jì)算（原書第2版）

High-Performance Embedded Computing: Applications in Cyber-Physical Systems and Mobile Computing，Second Edition
出版者的話
譯者序
第2版前言
第1版前言
第1章　嵌入式計(jì)算1
1.1　高性能嵌入式計(jì)算的現(xiàn)狀1
1.2　信息物理系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算3
1.2.1　交通工具控制和操作3
1.2.2　醫(yī)療設(shè)備和系統(tǒng)5
1.2.3　電力6
1.2.4　無線電和網(wǎng)絡(luò)7
1.2.5　多媒體10
1.3　設(shè)計(jì)方法12
1.3.1　為什么使用設(shè)計(jì)方法13
1.3.2　設(shè)計(jì)目標(biāo)13
1.3.3　基本設(shè)計(jì)方法14
1.3.4　嵌入式設(shè)計(jì)流程15
1.3.5　基于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方法16
1.3.6　設(shè)計(jì)驗(yàn)證和確認(rèn)18
1.3.7　方法學(xué)18
1.3.8　算法和體系結(jié)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)19
1.4　計(jì)算模型19
1.4.1　為什么學(xué)習(xí)計(jì)算模型20
1.4.2　圖靈機(jī)20
1.4.3　面向流模型21
1.4.4　狀態(tài)和控制的表示23
1.4.5　并行性和通信24
1.4.6　并行的來源和使用26
1.5　可靠性、安全性和保密性27
1.5.1　為什么需要可靠的嵌入式系統(tǒng)27
1.5.2　可靠系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)28
1.5.3　新型攻擊和對策30
1.6　消費(fèi)類電子產(chǎn)品體系結(jié)構(gòu)31
1.6.1　藍(lán)牙31
1.6.2　WiFi32
1.6.3　網(wǎng)絡(luò)化消費(fèi)類電子設(shè)備33
1.6.4　高層次服務(wù)33
1.7　小結(jié)和展望35
本章所學(xué)內(nèi)容35
進(jìn)一步閱讀35
習(xí)題35
實(shí)驗(yàn)練習(xí)36
第2章　CPU37　2.1　引言37
2.2　處理器的比較37
2.2.1　評價處理器37
2.2.2　處理器的分類38
2.2.3　嵌入式處理器與通用處理器39
2.3　RISC處理器和數(shù)字信號處理器39
2.3.1　RISC處理器40
2.3.2　數(shù)字信號處理器40
2.4　并行執(zhí)行機(jī)制44
2.4.1　超長指令字處理器44
2.4.2　超標(biāo)量處理器45
2.4.3　SIMD和向量處理器45
2.4.4　線程級并行性46
2.4.5　GPU46
2.4.6　處理器資源的利用47
2.5　性能可變CPU體系結(jié)構(gòu)48
2.5.1　動態(tài)電壓和頻率縮放49
2.5.2　可靠性和錯誤感知計(jì)算49
2.6　處理器存儲層次結(jié)構(gòu)50
2.6.1　存儲器組件模型50
2.6.2　寄存器文件54
2.6.3　緩存54
2.6.4　暫存存儲器56
2.7　編碼和安全56
2.7.1　代碼壓縮56
2.7.2　代碼和數(shù)據(jù)壓縮65
2.7.3　低功率總線編碼66
2.7.4　安全性69
2.8　CPU模擬71
2.8.1　基于跟蹤文件的分析73
2.8.2　直接執(zhí)行74
2.8.3　微體系結(jié)構(gòu)建模模擬器74
2.8.4　功耗和熱度的模擬與建模75
2.9　自動化CPU設(shè)計(jì)75
2.9.1　可配置處理器76
2.9.2　指令集綜合82
2.10　小結(jié)86
本章所學(xué)內(nèi)容86
進(jìn)一步閱讀86
習(xí)題86
實(shí)驗(yàn)練習(xí)87
第3章　程序88
3.1　引言88
3.2　代碼生成和后端編譯88
3.2.1　指令模型89
3.2.2　寄存器分配90
3.2.3　指令選擇和調(diào)度92
3.2.4　代碼放置93
3.2.5　編程環(huán)境95
3.3　面向存儲的優(yōu)化96
3.3.1　循環(huán)變換96
3.3.2　全局優(yōu)化99
3.3.3　緩沖區(qū)、數(shù)據(jù)傳輸和內(nèi)存管理100
3.3.4　面向緩存和暫存的優(yōu)化102
3.3.5　面向主存的優(yōu)化104
3.4　程序性能分析106
3.4.1　性能模型107
3.4.2　路徑分析108
3.4.3　路徑計(jì)時110
3.5　計(jì)算與編程模型114
3.5.1　面向中斷的語言115
3.5.2　數(shù)據(jù)流語言116
3.5.3　面向控制的語言120
3.5.4　Java123
3.5.5　計(jì)算異構(gòu)模型124
3.6　小結(jié)126
本章所學(xué)內(nèi)容126
進(jìn)一步閱讀126
習(xí)題127
實(shí)驗(yàn)練習(xí)128
第4章　進(jìn)程和操作系統(tǒng)129
4.1　引言129
4.2　實(shí)時進(jìn)程調(diào)度129
4.2.1　預(yù)備知識129
4.2.2　實(shí)時調(diào)度算法131
4.2.3　多關(guān)鍵級調(diào)度136
4.2.4　動態(tài)電壓和頻率縮放調(diào)度138
4.2.5　性能估計(jì)141
4.3　語言和調(diào)度142
4.4　操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)146
4.4.1　嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理146
4.4.2　實(shí)時操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)146
4.4.3　操作系統(tǒng)開銷147
4.4.4　對調(diào)度的支持148
4.4.5　進(jìn)程間通信機(jī)制149
4.4.6　功耗管理149
4.4.7　嵌入式設(shè)備中的文件系統(tǒng)150
4.5　驗(yàn)證153
4.6　小結(jié)155
本章所學(xué)內(nèi)容156
進(jìn)一步閱讀156
習(xí)題156
實(shí)驗(yàn)練習(xí)157
第5章　多處理器體系結(jié)構(gòu)158
5.1　引言158
5.2　為什么需要嵌入式多處理器159
5.2.1　嵌入式系統(tǒng)需求159
5.2.2　性能和能量160
5.2.3　專用性和多處理器161
5.2.4　靈活性和效率162
5.3　多處理器設(shè)計(jì)技術(shù)162
5.3.1　多處理器設(shè)計(jì)方法162
5.3.2　多處理器的建模和模擬163
5.4　多處理器體系結(jié)構(gòu)簡介164
5.5　處理單元167
5.6　互連網(wǎng)絡(luò)167
5.6.1　模型168
5.6.2　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?69
5.6.3　路由和流控制171
5.6.4　片上網(wǎng)絡(luò)172
5.7　存儲系統(tǒng)177
5.7.1　傳統(tǒng)并行存儲系統(tǒng)177
5.7.2　存儲模型178
5.7.3　異構(gòu)存儲系統(tǒng)178
5.7.4　一致性并行存儲系統(tǒng)180
5.8　物理分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)182
5.8.1　CAN總線183
5.8.2　時間觸發(fā)架構(gòu)183
5.8.3　FlexRay184
5.8.4　航空網(wǎng)絡(luò)189
5.9　多處理器設(shè)計(jì)方法和算法190
5.10　小結(jié)193
本章所學(xué)內(nèi)容194
進(jìn)一步閱讀194
習(xí)題194
實(shí)驗(yàn)練習(xí)195
第6章　多處理器軟件196
6.1　引言196
6.2　嵌入式多處理器軟件有何不同196
6.3　實(shí)時多處理器操作系統(tǒng)197
6.3.1　操作系統(tǒng)的角色197
6.3.2　多處理器調(diào)度199
6.3.3　動態(tài)任務(wù)的調(diào)度209
6.4　嵌入式多處理器的服務(wù)和中間件210
6.4.1　基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)211
6.4.2　片上系統(tǒng)服務(wù)213
6.4.3　服務(wù)質(zhì)量216
6.5　設(shè)計(jì)驗(yàn)證219
6.6　小結(jié)220
本章所學(xué)內(nèi)容220
進(jìn)一步閱讀220
習(xí)題220
實(shí)驗(yàn)練習(xí)222
第7章　系統(tǒng)級設(shè)計(jì)和軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)223
7.1　引言223
7.2　性能估計(jì)223
7.2.1　高層綜合223
7.2.2　加速器估計(jì)226
7.3　軟硬件協(xié)同綜合算法228
7.3.1　程序表達(dá)229
7.3.2　平臺表達(dá)230
7.3.3　模板驅(qū)動的綜合算法230
7.3.4　通用多處理器的協(xié)同綜合235
7.3.5　多目標(biāo)優(yōu)化239
7.3.6　控制和I/O綜合242
7.3.7　存儲系統(tǒng)243
7.3.8　可重構(gòu)系統(tǒng)的協(xié)同綜合244
7.4　電子系統(tǒng)級設(shè)計(jì)245
7.5　熱度感知設(shè)計(jì)247
7.6　可靠性249
7.7　系統(tǒng)級模擬250
7.8　小結(jié)252
本章所學(xué)內(nèi)容252
進(jìn)一步閱讀252
習(xí)題252
實(shí)驗(yàn)練習(xí)253
第8章　信息物理系統(tǒng)254
8.1　引言254
8.2　控制理論和系統(tǒng)254
8.3　控制/計(jì)算協(xié)同設(shè)計(jì)255
8.4　網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)257
8.5　設(shè)計(jì)方法學(xué)260
8.5.1　基于模型的設(shè)計(jì)260
8.5.2　形式化方法261
8.6　安全性264
8.7　小結(jié)267
本章所學(xué)內(nèi)容267
進(jìn)一步閱讀268
習(xí)題268
實(shí)驗(yàn)練習(xí)268
術(shù)語表269
參考文獻(xiàn)287
索引314