第1章 绪论 1
1.1 应用 1
1.2 启发式示例 4
1.3 设计过程 5
1.3.1 建模 7
1.3.2 设计 8
1.3.3 分析 8
1.4 小结 9
第一部分 动态行为建模 12
第2章 连续动态 12
2.1 牛顿力学 12
2.2 参元模型 15
2.3 系统特性 17
2.3.1 因果系统 17
2.3.2 无记忆系统 18
2.3.3 线性与时不变性 18
2.3.4 稳定性 19
2.4 反馈控制 19
2.5 小结 22
习题 23
第3章 离散动态 25
3.1 离散系统 25
3.2 状态的概念 28
3.3 有限状态机 28
3.3.1 迁移 29
3.3.2 响应 31
3.3.3 更新函数 32
3.3.4 确定性与接受性 34
3.4 扩展状态机 35
3.5 非确定性 37
3.5.1 形式化模型 38
3.5.2 非确定性的用途 39
3.6 行为与轨迹 39
3.7 小结 41
习题 41
第4章 混合系统 45
4.1 模态模型 45
4.1.1 状态机的参元模型 45
4.1.2 连续输入 45
4.1.3 状态精化 46
4.2 混合系统分类 47
4.2.1 时间自动机 47
4.2.2 高阶动态性 49
4.2.3 监督控制 53
4.3 小结 56
习题 57
第5章 状态机组合 61
5.1 并发组合 62
5.1.1 平行同步组合 63
5.1.2 平行异步组合 64
5.1.3 共享变量 66
5.1.4 级联组合 68
5.1.5 通用组合 70
5.2 分层状态机 70
5.3 小结 72
习题 72
第6章 并发计算模型 75
6.1 模型的结构 75
6.2 同步响应模型 77
6.2.1 反馈模型 78
6.2.2 形式非良好模型与形式良好模型 79
6.2.3 推定一个不动点 80
6.3 数据流计算模型 81
6.3.1 数据流原理 82
6.3.2 同步数据流 84
6.3.3 动态数据流 86
6.3.4 结构化数据流 87
6.3.5 进程网络 88
6.4 时间计算模型 89
6.4.1 时间触发模型 89
6.4.2 离散事件系统 92
6.4.3 时间连续系统 93
6.5 小结 95
习题 95
第二部分 嵌入式系统设计 100
第7章 传感器与执行器 100
7.1 传感器与执行器模型 101
7.1.1 线性与仿射模型 101
7.1.2 量程 101
7.1.3 动态量程 102
7.1.4 量化 102
7.1.5 噪声 104
7.1.6 采样 105
7.1.7 谐波失真 107
7.1.8 信号调理 108
7.2 一些常用传感器 109
7.2.1 测量倾斜度与加速度 109
7.2.2 测量位置和速度 110
7.2.3 测量旋转 111
7.2.4 测量声音 111
7.2.5 其他传感器 111
7.3 执行器 112
7.3.1 发光二极管 112
7.3.2 电机控制 112
7.4 小结 115
习题 115
第8章 嵌入式处理器 117
8.1 处理器类型 117
8.1.1 微控制器 117
8.1.2 DSP处理器 119
8.1.3 图形处理器 123
8.2 并行机制 123
8.2.1 并行与并发 123
8.2.2 流水线 125
8.2.3 指令级并行 127
8.2.4 多核体系结构 132
8.3 小结 132
习题 132
第9章 存储器体系结构 134
9.1 存储器技术 134
9.1.1 RAM 134
9.1.2 非易失性存储器 135
9.2 存储器分级体系 135
9.2.1 存储器映射 136
9.2.2 寄存器文件 137
9.2.3 暂存器与高速缓存 138
9.3 存储器模型 140
9.3.1 存储器地址 140
9.3.2 栈 141
9.3.3 存储器保护单元 142
9.3.4 动态内存分配 142
9.3.5 C程序的存储模型 143
9.4 小结 143
习题 144
第10章 输入与输出 146
10.1 I/O硬件 146
10.1.1 脉冲宽度调制 147
10.1.2 通用数字I/O 147
10.1.3 串行接口 149
10.1.4 并行接口 151
10.1.5 总线 151
10.2 并发世界中的顺序软件 152
10.2.1 中断与异常 152
10.2.2 原子性 154
10.2.3 中断控制器 155
10.2.4 中断建模 155
10.3 小结 158
习题 158
第11章 多任务机制 163
11.1 命令式程序 163
11.2 线程 166
11.2.1 创建线程 166
11.2.2 实现线程 168
11.2.3 互斥 169
11.2.4 死锁 171
11.2.5 内存一致性模型 172
11.2.6 多线程机制带来的问题 173
11.3 进程与消息传递 174
11.4 小结 177
习题 178
第12章 调度机制 181
12.1 调度基础 181
12.1.1 调度决策 181
12.1.2 任务模型 182
12.1.3 调度器比较 184
12.1.4 调度器的实现 184
12.2 单调速率调度 185
12.3 最早截止期优先调度 187
12.4 调度与互斥 190
12.4.1 优先级翻转 190
12.4.2 优先级继承协议 191
12.4.3 优先级天花板协议 192
12.5 多处理器调度 193
12.6 小结 195
习题 196
第三部分 分析与验证 200
第13章 不变量与时态逻辑 200
13.1 不变量 200
13.2 线性时态逻辑 201
13.2.1 命题逻辑公式 202
13.2.2 线性时态逻辑公式 203
13.2.3 运用线性时态逻辑公式 205
13.3 小结 206
习题 207
第14章 等价与精化 209
14.1 规格模型 209
14.2 类型等价与精化 209
14.3 语言等价与包含 211
14.4 模拟 215
14.4.1 模拟关系 216
14.4.2 形式化模型 217
14.4.3 传递性 217
14.4.4 模拟关系的非唯一性 218
14.4.5 模拟与语言包含的对比 218
14.5 互模拟 219
14.6 小结 220
习题 221
第15章 可达性分析与模型检验 224
15.1 开放和封闭系统 224
15.2 可达性分析 225
15.2.1 Gp验证 225
15.2.2 显式状态模型检验 226
15.2.3 符号化模型检验 227
15.3 模型检验中的抽象 229
15.4 模型检验活性属性 231
15.4.1 将属性作为自动机 232
15.4.2 寻找接受环路 233
15.5 小结 235
习题 235
第16章 定量分析 237
16.1 关注的问题 237
16.1.1 极端情况分析 237
16.1.2 阈值分析 238
16.1.3 平均情况分析 238
16.2 将程序表示为图 238
16.2.1 基本块 239
16.2.2 控制流图 239
16.2.3 函数调用 240
16.3 执行时间的决定因素 241
16.3.1 循环边界 241
16.3.2 指数路径空间 243
16.3.3 路径可行性 243
16.3.4 存储器分级体系 244
16.4 执行时间分析基础 245
16.4.1 优化的形式化表示 245
16.4.2 逻辑流约束 247
16.4.3 基本块的边界 249
16.5 其他定量分析问题 250
16.5.1 内存边界分析 250
16.5.2 功耗和能耗分析 252
16.6 小结 252
习题 252
第17章 安全性与隐私性 255
17.1 密码学原语 256
17.1.1 加密与解密 256
17.1.2 数字签名与安全散列函数 259
17.2 协议与网络安全性 260
17.2.1 密钥交换 261
17.2.2 加密协议设计 262
17.3 软件安全性 263
17.4 信息流 265
17.4.1 几个示例 266
17.4.2 理论 268
17.4.3 分析与实施 269
17.5 高级主题 270
17.5.1 传感器与执行器安全 270
17.5.2 旁路攻击 271
17.6 小结 272
习题 273
第四部分 附录 276
附录A集合与函数 276
附录B复杂性与可计算性 281
参考文献 292
符号说明 306