高性能嵌入式计算PDF电子书下载

第1章　嵌入式计算 1

1.1　高性能嵌入式计算的前景 1

1.2　示例应用 3

1.2.1　无线电和网络 3

1.2.2　多媒体 7

1.2.3　车辆控制和操作 10

1.2.4　传感器网络 13

1.3　设计目标 14

1.4　设计方法 15

1.4.1　基本设计方法 16

1.4.2　嵌入式系统设计流程 18

1.4.3　基于标准的设计方法 19

1.4.4　设计检验和确认 21

1.4.5　方法论 21

1.4.6　算法与体系结构联合开发 22

1.5　计算模型 23

1.5.1　为什么研究计算模型 23

1.5.2　有限与无限状态 23

1.5.3　控制流和数据流模型 26

1.5.4　并行和通信 28

1.5.5　并行的来源和使用 31

1.6　可靠性、安全与防卫 32

1.6.1 为什么需要可靠的嵌入式系统 32

1.6.2　可靠系统设计的基础 33

1.6.3　新式攻击和对策 36

1.7　电子消费品体系结构 37

1.7.1　蓝牙 37

1.7.2 WiFi 39

1.7.3　联网的电子消费品 39

1.7.4　高层次服务 40

1.8　小结 41

问题 42

实验练习 43

第2章 CPU 44

2.1　介绍 44

2.2　处理器的比较 44

2.2.1　评价处理器 44

2.2.2　处理器的分类 46

2.2.3　嵌入式处理器与通用处理器 46

2.3 RISC处理器与数字信号处理器 47

2.3.1 RISC处理器 47

2.3.2　数字信号处理器 48

2.4　并行执行机制 51

2.4.1　超长指令字处理器 52

2.4.2　超标量处理器 54

2.4.3 SIMD与向量处理器 54

2.4.4　线程级并行 55

2.4.5　处理器资源利用率 56

2.5　性能可变处理器体系结构 57

2.5.1 电压和频率的动态调整 58

2.5.2 “优于最坏情况”设计 59

2.6　处理器存储层次结构 60

2.6.1　存储组件模型 60

2.6.2　寄存器堆 64

2.6.3 cache 64

2.6.4　片上SRAM 66

2.7　附加的CPU技术 67

2.7.1　编码压缩 67

2.7.2　代码和数据压缩 76

2.7.3　低功耗总线编码 79

2.7.4　安全性 82

2.8 CPU模拟 85

2.8.1　基于执行日志的分析 86

2.8.2　直接执行 88

2.8.3　微系统结构建模模拟器 88

2.9 CPU的自动化设计 90

2.9.1　可配置处理器 90

2.9.2　指令集综合 97

2.10　小结 102

问题 102

实验练习 103

第3章 编程 104

3.1　介绍 104

3.2　代码生成和后端编译 104

3.2.1　指令模型 105

3.2.2　寄存器分配 107

3.2.3　指令选择和调度 109

3.2.4　代码放置 111

3.2.5　编程环境 113

3.3　面向内存的优化 114

3.3.1　循环变换 114

3.3.2　全局优化 117

3.3.3　缓冲区、数据传输和存储管理 119

3.3.4　面向cache和片上SRAM的优化 120

3.3.5　面向主存的优化 124

3.4　程序性能分析 125

3.4.1　性能模型 126

3.4.2　路径分析 127

3.4.3　路径计时 129

3.5　计算与编程模型 134

3.5.1　面向中断的语言 135

3.5.2　数据流语言 135

3.5.3　面向控制的语言 140

3.5.4　Java 144

3.5.5　计算异构模型 145

3.6　小结 148

问题 149

实验练习 151

第4章　进程和操作系统 152

4.1　介绍 152

4.2　实时进程调度 152

4.2.1　预备知识 152

4.2.2　实时调度算法 154

4.2.3　动态电压调整的调度 160

4.2.4　性能估算 164

4.3　语言和调度 165

4.4　操作系统的设计 170

4.4.1 嵌入式操作系统中的内存管理 170

4.4.2　实时操作系统的结构 171

4.4.3　操作系统开销 173

4.4.4　对调度的支持 173

4.4.5　进程间通信机制 175

4.4.6　电源管理 175

4.4.7　嵌入式设备中的文件系统 176

4.5　验证 178

4.6　小结 182

问题 183

实验练习 183

第5章 多处理器体系结构 184

5.1　介绍 184

5.2　为什么需要嵌入式多处理器 185

5.2.1　嵌入式系统的需求 186

5.2.2　性能和能耗 186

5.2.3　专用性和多处理器 188

5.2.4　可扩展性和效率 189

5.3　多处理器的设计技巧 189

5.3.1　多处理器设计方法 189

5.3.2　多处理器的建模和模拟 190

5.4　多处理器的结构 191

5.5　处理单元 197

5.6　互连网络 197

5.6.1　模型 198

5.6.2　网络拓扑 200

5.6.3　路由和流控制 202

5.6.4　片上网络 202

5.7　内存系统 208

5.7.1　传统的并行内存系统 208

5.7.2　内存模型 209

5.7.3　异构内存系统 210

5.7.4　一致性并行内存系统 212

5.8　物理分布式系统和网络 214

5.8.1　时间触发的结构 214

5.8.2 FlexRay 216

5.8.3　飞机网络 222

5.9　多处理器的设计方法和算法 223

5.10　小结 227

问题 228

实验练习 229

第6章 多处理器软件 230

6.1　简介 230

6.2　嵌入式多处理器软件的不同之处 230

6.3　实时多处理器操作系统 231

6.3.1　操作系统的角色 231

6.3.2　多处理器调度 234

6.3.3　动态任务的调度 246

6.4　嵌入式多处理器系统服务与中间件 248

6.4.1　基于标准的服务 249

6.4.2　片上系统服务 251

6.4.3　服务质量 254

6.5　设计验证 258

6.6　小结 260

问题 260

实验练习 261

第7章 硬件／软件协同设计 262

7.1　简介 262

7.2　设计平台 262

7.3　性能分析 264

7.3.1　高层综合 264

7.3.2　加速器评估 268

7.4　硬件／软件协同综合算法 270

7.4.1　程序表示 271

7.4.2　平台描述 271

7.4.3　模板驱动的综合算法 272

7.4.4　通用多处理器的协同综合 278

7.4.5　多对象优化 284

7.4.6　控制和I/O综合 288

7.4.7　内存系统 289

7.4.8　可重构系统的协同综合 291

7.5　硬件／软件协同模拟 292

7.6　小结 294

问题 294

实验练习 295

术语表 296

参考文献 315