嵌入式軟件的時間分析：汽車行業(yè)領(lǐng)域的嵌入式軟件理論、分析及實踐

 
 
第1章  基礎(chǔ)知識 1
1.1  實時系統(tǒng) 1
1.2  階段性的軟件開發(fā)模型——V-Model 1
1.3  編譯過程：從模型到可執(zhí)行文件 3
1.3.1  基于模型的軟件開發(fā)和代碼生成 3
1.3.2  C 預編譯器 3
1.3.3  C 編譯器 5
1.3.4  編譯器執(zhí)行的代碼優(yōu)化 6
1.3.5  匯編器 6
1.3.6  鏈接器 7
1.3.7  定位器 7
1.3.8  鏈接腳本 8
1.3.9  調(diào)試器 10
1.4  總結(jié) 12
第2章  處理器基礎(chǔ)知識 13
2.1  處理器的構(gòu)造 13
2.1.1  CISC 和 RISC 14
2.1.2  寄存器 14
2.2  代碼執(zhí)行 15
2.3  存儲器尋址及其模式 17
2.3.1  對數(shù)據(jù)訪問重要的尋址模式 18
2.3.2  跳轉(zhuǎn)和調(diào)用的尋址模式 20
2.3.3  選擇尋址模式 20
2.4  等待狀態(tài)，突發(fā)訪問 22
2.5  緩存 23
2.5.1  緩存結(jié)構(gòu)和緩存行 24
2.5.2  組相聯(lián)緩存及緩存逐出 25
2.6  流水線 27
2.7  中斷 28
2.8  陷阱／異常 29
2.9  數(shù)據(jù)一致性 29
2.10  對比桌面處理器， 嵌入式處理器的特點 31
2.11  總結(jié) 32
第3章  操作系統(tǒng) 33
3.1  無操作系統(tǒng): 無限循環(huán)加中斷 33
3.1.1  周期中斷的實現(xiàn)示例 33
3.1.2  輪詢——無中斷地實現(xiàn) 34
3.1.3  可擴展性 36
3.2  OSEK/VDX 36
3.2.1  任務 36
3.2.2  中斷 39
3.2.3  ErrorHook 39
3.2.4  基本調(diào)度策略 39
3.3  多任務: 協(xié)作與搶占 41
3.3.1  兩種追蹤的圖示說明（示例 1） 41
3.3.2  堆棧消耗（示例 2） 43
3.3.3  確保數(shù)據(jù)一致性 45
3.3.4  協(xié)作式多任務處理的限制 45
3.3.5  為減少OS_Schedule()調(diào)用而可實施的優(yōu)化 47
3.3.6  總結(jié) 47
3.4  POSIX 47
3.4.1  進程 49
3.4.2  線程 49
3.4.3  POSIX 線程狀態(tài)圖 51
3.4.4  調(diào)度策略 52
3.5  總結(jié) 52
第4章  軟件時間理論 53
4.1  時間參數(shù) 53
4.1.1  RTOS 調(diào)度（OSEK、AUTOSAR CP 等）時間參數(shù) 53
4.1.2  與 POSIX相關(guān)的時間參數(shù) 58
4.2  統(tǒng)計參數(shù) 58
4.2.1  小值和值 59
4.2.2  平均值 59
4.2.3  直方圖 60
4.2.4  非定期事件的發(fā)生模式 60
4.3  CPU負載 61
4.3.1  定義 62
4.3.2  選擇觀測范圍 64
4.3.3  擴增的 CPU 負載 65
4.3.4  使用后臺任務時的 CPU 負載 66
4.4  總線負載 67
4.5  邏輯執(zhí)行時間 67
4.6  總結(jié) 68
第5章  軟件時間分析方法 69
5.1  概覽及在不同層面上的分類 69
5.1.1  通信層級 69
5.1.2  調(diào)度層級 70
5.1.3  代碼層級 71
5.2  術(shù)語定義 72
5.2.1  追蹤 72
5.2.2  分析、時間測量和（再次）追蹤 72
5.3  靜態(tài)代碼分析 73
5.3.1  基礎(chǔ)功能和工作流 73
5.3.2  用例 75
5.3.3  靜態(tài)代碼分析的限制 76
5.3.4  靜態(tài)代碼分析專家訪談 78
5.4  代碼仿真 80
5.4.1  功能與工作流 80
5.4.2  用例 81
5.4.3  靜態(tài)代碼仿真的限制 82
5.4.4  與代碼仿真領(lǐng)域?qū)＜业脑L談 83
5.5  運行時間測量 86
5.5.1  基本功能和工作流 86
5.5.2  用例 95
5.5.3  運行時間測量的限制 96
5.6  基于硬件的追蹤 97
5.6.1  基本功能和工作流 97
5.6.2  用例 99
5.6.3  基于硬件的追蹤的限制 101
5.6.4  基于硬件的追蹤專家訪談 102
5.7  基于軟件方法的追蹤 108
5.7.1  基本功能和工作流 108
5.7.2  用例 115
5.7.3  基于測量的追蹤的限制 115
5.7.4  基于測量的追蹤領(lǐng)域?qū)＜以L談 116
5.8  調(diào)度模擬 121
5.8.1  基本功能和工作流 121
5.8.2  用例 124
5.8.3  調(diào)度模擬的限制 124
5.8.4  調(diào)度模擬專家訪談 125
5.9  靜態(tài)調(diào)度分析 127
5.9.1  基本功能和工作流 128
5.9.2  用例 129
5.9.3  靜態(tài)調(diào)度分析的限制 131
5.9.4  靜態(tài)調(diào)度分析專家訪談 131
5.10  使用進化算法進行優(yōu)化 135
5.11  時間分析方法在 V-Model中的應用 137
第6章  軟件時間問題案例 139
6.1  中斷都是哪來的? 139
6.2  OSEK ECC：并非選擇 140
6.3  重置17 min后發(fā)生偶發(fā)崩潰 143
6.4  遺漏及重復的傳感器數(shù)據(jù) 144
6.5  拉著手剎去比賽 149
6.6  實際測量得到的 WCET 比靜態(tài)代碼分析得到的更大 150
6.7  有時候網(wǎng)絡管理報文來得太早了 151
6.8  系列項目中無間斷的時間分析 152
6.9  時間分析使得車廠節(jié)省了1200萬歐元 152
6.10  總結(jié) 153
第7章  多核及多ECU環(huán)境下的軟件時間 154
7.1  多核基礎(chǔ)知識 154
7.1.1  Amdahl vs.Gustafson——誰是對的？ 155
7.1.2  CPU 核心——同構(gòu)（Homogeneous）、異構(gòu)（Heterogeneous）
還是鎖步（Lock-step）？ 155
7.1.3  鎖步多核 156
7.1.4  英飛凌 AURIX——同類、異類和鎖步 157
7.2  并發(fā)執(zhí)行的多種類型 158
7.2.1  應用程序的并行執(zhí)行 158
7.2.2  函數(shù)的并行執(zhí)行 159
7.2.3  指令的并行執(zhí)行 164
7.3  數(shù)據(jù)一致性，Spinlocks 165
7.3.1  確保數(shù)據(jù)一致性的理想解決方案 168
7.3.2  確保數(shù)據(jù)一致性的成本 169
7.4  存儲地址克隆 170
7.5  總結(jié) 172
第8章  軟件運行時間優(yōu)化 174
8.1  調(diào)度層級的運行時間優(yōu)化 174
8.1.1  防止跨核心通信 174
8.1.2  避免使用 ECC 任務 174
8.1.3  合理使用異構(gòu)多核處理器 175
8.1.4  避免需要確保數(shù)據(jù)一致性的機制 175
8.1.5  通過優(yōu)化偏移實現(xiàn)周期性任務的負載均衡 175
8.1.6  拆分任務 177
8.1.7  將功能遷移到執(zhí)行頻率較低的任務 177
8.2  針對存儲器使用的運行時間優(yōu)化 178
8.2.1  快速存儲器的利用 178
8.2.2  數(shù)據(jù)對齊 180
8.2.3  代碼對齊和緩存優(yōu)化 181
8.3  代碼層級的運行時間優(yōu)化 182
8.3.1  優(yōu)化頻繁調(diào)用的小函數(shù) 184
8.3.2  優(yōu)化根函數(shù)sqrt  184
8.3.3  AURIX的線性內(nèi)核 ID  187
8.3.4  計算至達到飽和 190
8.3.5  處理器特定的通用指令 191
8.3.6  編譯器優(yōu)化 192
8.4  運行時間優(yōu)化總結(jié)與指南 199
第9章  開發(fā)過程中的方法技巧 202
9.1  與時間相關(guān)的各種需求 202
9.1.1  時間需求 202
9.1.2  對于方法和工具的需求 207
9.1.3  通用需求模板 208
9.2  開發(fā)期間的協(xié)作 209
9.3  軟件運行時間概念、調(diào)度設計和操作系統(tǒng)配置 210
9.4  軟件運行時間調(diào)試 210
9.5  運行時間優(yōu)化 211
9.6  時間驗證 211
9.6.1  測試階段“分析” 212
9.6.2  測試階段“POI（興趣點）追蹤” 212
9.6.3  測試階段“情況” 212
9.6.4  測試階段“憑經(jīng)驗確定空間” 212
9.7  盡早考慮后期的功能 213
9.8  終產(chǎn)品中的時間監(jiān)測 214
9.9  一個好例子：Vitesco Technologies出品的CoReMa 215
9.10  總結(jié) 216
第10章  AUTOSAR 218
10.1  AUTOSAR CP 219
10.1.1  功能架構(gòu) 219
10.1.2  軟件架構(gòu)、SW-C 定義和 VFB  219
10.1.3  RTE 220
10.1.4  實現(xiàn)、系統(tǒng)配置和 Runnable  221
10.2  AUTOSAR AP 221
10.2.1  功能架構(gòu) 221
10.2.2  軟件架構(gòu) AA 221
10.2.3  實現(xiàn)與系統(tǒng)配置 223
10.2.4  部署 224
10.2.5  執(zhí)行管理和執(zhí)行客戶端 224
10.2.6  確定性執(zhí)行和確定性客戶端 224
10.2.7  POSIX調(diào)度 226
10.2.8  AUTOSARAP中的時間 227
10.3  AUTOSAR時間擴展TIMEX 229
10.3.1  目標 229
10.3.2  事件和事件鏈 229
10.3.3  TIMEX 要求類型 230
10.3.4  AUTOSAR/TIMEX 視角 230
10.4  AUTOSAR/ASAM 運行時間接口 ARTI  231
10.4.1  AUTOSAR ARTI  232
10.4.2  ASAM ARTI 233
10.5  技術(shù)報告“時間分析” 233
10.6  總結(jié) 234
第11章  功能安全，ISO 26262  235
11.1  基礎(chǔ)知識 235
11.1.1  風險 235
11.1.2  SIL——安全完整性等級 235
11.1.3  脫離上下文、在上下文中、經(jīng)使用驗證 236
11.2  安全標準、時間及時間驗證 237
11.3  時間安全所需工具 238
11.4  法律方面的考量 239
11.5  總結(jié) 240
第12章  前景 241
致謝 242
參考文獻 243
 
                       
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