第1章 嵌入式软件工程与实时系统

1.1 软件工程

1.2 嵌入式系统

1.3 实时系统

1.3.1 实时系统的类型——软实时和硬实时系统

1.3.2 硬实时系统的例子

1.3.3 实时事件的特点

1.3.4 有效执行与执行环境

1.4 实时系统设计的挑战

1.4.1 响应时间

1.4.2 从故障中恢复

1.4.3 嵌入式系统软件的构建过程

1.5 分布式和多处理器架构

1.6 嵌入式系统软件

1.7 嵌入式系统的硬件抽象层

1.8 小结

第2章 嵌入式系统软／硬件协同开发

2.1 当今嵌入式系统示例

2.2 HW/SW原型机用户

2.3 HW/SW原型机设计选项

2.4 原型设计决策标准

2.5 选择正确的原型

2.6 工业设计链

2.7 更改设计流程的必要

2.8 不同类型的虚拟原型机

2.9 虚拟原型的简要历史

2.10 专有产品的限制

2.11 什么使得虚拟原型机变快

2.12 标准化：SystemC TLM-2.0的时代

2.13 SystemC TLM-2抽象层

2.14 系统架构虚拟原型机

2.15 软件虚拟原型机

2.16 小结——虚拟化的重要性日益增加

第3章 嵌入式系统的软件建模

3.1 何时、为何要为嵌入式系统建立模型

3.2 建模

3.3 什么是建模语言

3.4 建模语言举例

3.5 V图承诺

3.6 为什么要建立嵌入式系统的模型

3.7 何时为嵌入式系统建立模型

3.7.1 任务和安全关键型应用程序

3.7.2 高度复杂的应用程序和系统

3.8 操作复杂性

3.9 缺陷检测时间与成本

3.10 大型开发团队需要建模

3.11 建模通常是唯一的选择

3.12 建模是有利的，但不是说所有模型都是错的吗

3.13 有了原型机——又该如何

3.14 结论

3.15 下一步——试用

3.15.1 带有直流电动机的闭环控制

3.15.2 下载套件了解更多原型机设计

3.15.3 使用NI状态图模块设计应用程序

3.15.4 设计和模拟电刷式直流电动机H桥电路

3.15.5 使用开放源代码Modelica模型进行多域物理建模

参考文献

第4章 嵌入式系统的软件设计架构与模式

4.1 架构和设计综述

4.2 三个层次的设计

4.3 什么是设计模式

4.3.1 必须要采用面向对象技术来使用设计模式吗

4.3.2 一个架构实例

4.3.3 使用模式

4.3.4 做权衡决策

4.4 软件架构的类别和视图

4.4.1 主要的架构视角

4.4.2 次要的视角

4.5 小结

参考文献

第5章 实时构件：事件与触发器

5.1 事件和触发器

5.2 室温控制单元

5.3 事件系统

5.4 事件句柄

5.5 事件方法

5.6 事件数据结构

5.7 可重入性

5.7.1 禁用和启用中断

5.7.2 进入临界区和退出临界区

5.7.3 信号量

5.7.4 进入／退出临界区的实现

5.8 事件处理

5.9 集成

5.10 触发器

5.11 闪烁的LED

5.12 设计思想

5.13 嘀嗒定时器

5.14 触发器接口

5.15 触发器描述符

5.16 数据分配

5.17 设置触发器

5.18 嘀嗒计数

5.19 确保可重入

5.20 初始化

5.21 闪烁

5.22 蜂鸣器鸣响

5.23 实时性

5.24 小结

第6章 嵌入式软件的硬件接口

6.1 简介

6.2 与硬件团队的合作

6.2.1 主动合作

6.2.2 团队代表

6.2.3 注册设计工具

6.2.4 共同开发

6.2.5 系统集成

6.3 硬件设计方面有用的知识

6.3.1 硬件事件的通知

6.3.2 向硬件下达任务

6.3.3 位域对齐

6.3.4 固定位的位置

6.3.5 模块版本号

6.3.6 调试钩子

6.4 支持多个硬件版本

6.4.1 编译开关

6.4.2 构建开关

6.4.3 运行开关

6.4.4 自适应开关

6.5 硬件交互困难

6.5.1 原子寄存器访问

6.5.2 同一寄存器中混合的位类型

6.5.3 边沿与电平中断

6.6 测试与故障排除

6.6.1 临时钩子

6.6.2 永久钩子

6.7 小结

第7章 嵌入式软件编程和实现准则

7.1 简介

7.1.1 高质量编程的原则

7.1.2 是什么让嵌入式不同于一般编程

7.2 启动嵌入式软件项目

7.2.1 硬件平台输入

7.2.2 工程文件和组织

7.2.3 团队编程指南

7.2.4 语法标准

7.2.5 源代码中的安全要求

7.3 变量结构

7.3.1 变量声明

7.3.2 数据类型

7.3.3 定义

第8章 嵌入式操作系统

8.1 前台／后台系统

8.2 实时内核

8.2.1 RTOS（实时操作系统）

8.2.2 临界区

8.2.3 任务管理

8.2.4 分配任务优先级

8.2.5 决定堆栈的大小

8.2.6 空闲任务

8.3 优先级

8.4 就绪队列

8.5 调度点

8.6 上下文切换

8.7 中断管理

8.7.1 处理CPU中断

8.7.2 非内核感知的中断服务程序

8.7.3 拥有多种中断优先级的处理器

8.7.4 所有的中断向量的共同地址

8.7.5 每个中断向量对应唯一的地址

8.8 时钟周期（或系统时钟周期）

8.9 等待队列

8.10 时间管理

8.11 资源管理

8.11.1 资源管理：禁用／启用中断

8.11.2 资源管理：信号量

8.11.3 资源管理：优先级反转

8.11.4 资源管理：互斥信号量

8.11.5 资源管理：僵局（死锁）

8.12 同步

8.12.1 同步：信号量

8.12.2 同步：信用跟踪

8.12.3 双方相约

8.13 消息传递

8.13.1 消息

8.13.2 消息队列

8.13.3 流控制

8.13.4 客户端和服务器端

8.14 内存管理

8.15 小结

第9章 嵌入式系统设计的软件复用

9.1 为什么软件复用如此重要

9.2 什么限制了软件复用

9.3 各种软件复用

9.4 通过层实现复用

9.5 进入到下一个级别

9.6 引入元件厂

9.7 工厂硬件配置

9.8 工厂软件配置

9.9 工厂对可复用性的作用

9.10 RTOS不可知论

9.11 任意扩展性

9.12 结论

参考文献

第10章 嵌入式系统的软件性能工程

10.1 示例：eNodeB应用程序的延迟时间与吞吐量对比

10.2 性能模式和反模式

参考文献

第11章 嵌入式软件的性能优化

11.1 代码优化过程

11.2 使用开发工具

11.2.1 编译器的优化

11.2.2 基本的编译器配置

11.2.3 启用优化

11.2.4 附加的优化配置

11.2.5 使用分析器

11.3 背景——理解嵌入式架构

11.4 基本的C优化技术

11.4.1 选择正确的数据类型

11.4.2 函数的调用规范

11.4.3 指针和内存访问

11.4.4 限制和指针别名

11.4.5 循环

11.4.6 额外的提示和技巧

11.5 一般循环转换

11.5.1 循环展开

11.5.2 多采样技术

11.5.3 部分求和

11.5.4 软件流水线

11.6 优化技术的实例应用：互相关

11.6.1 设置

11.6.2 原始实例

第12章 嵌入式软件的内存优化

12.1 简介

12.2 代码大小的优化

12.2.1 编译标志位和标志位挖掘

12.2.2 目标ISA的大小和性能的折中

12.2.3 为代码大小调整ABI

12.2.4 买者自负：编译器优化正交码的大小

12.3 内存布局优化

12.3.1 内存优化简介

12.3.2 重点优化

12.3.3 向量化和动态代码：计算比率

12.3.4 C语言指针别名

12.4 数据结构、数据结构的数组及其添加

12.5 内存性能的循环优化

12.5.1 数据对齐的连锁效应

12.5.2 选择数据类型的益处

第13章 嵌入式软件的功耗优化

13.1 简介

13.2 理解功耗

13.2.1 功耗的基本概念

13.2.2 静态与动态功率消耗

13.2.3 最大功率、平均功率、最坏情况功率和典型功率

13.3 测量功耗

13.3.1 使用电流表测量功率

13.3.2 使用霍尔传感器芯片测量功率

13.3.3 VRMs（电压调整模块的电源芯片）

13.3.4 静态功率测量

13.3.5 动态功率测量

13.3.6 分析应用的功率消耗

13.4 最小化功耗

13.4.1 硬件支持

13.4.2 时钟控制和电压控制

13.4.3 低功耗示例

13.5 优化数据流

13.5.1 减少存储器访问的功率消耗

13.5.2 DDR简介

13.5.3 优化DDR数据流功耗

13.5.4 通过时序优化功率

13.5.5 通过交替方式优化

13.5.6 优化存储器的软件数据组织

13.5.7 优化通用DDR配置

13.5.8 优化DDR burst访问

13.6 SRAM和高速缓存数据流的功率优化

13.6.1 SRAM（所有存储器）与代码大小

13.6.2 SRAM功率消耗和并行处理

13.6.3 数据转换与功率消耗

13.6.4 高速缓存的使用与SoC存储器布局

13.6.5 局部性说明

13.6.6 集合关联说明

13.6.7 高速缓存布局

13.6.8 回写高速缓存与直写式高速缓存

13.6.9 高速缓存一致性功能

13.6.10 编译器优化高速缓存

13.7 外设／通信使用

13.7.1 数据DMA与CPU

13.7.2 协处理器

13.7.3 系统总线配置

13.7.4 外设速度等级和总线宽度

13.7.5 外设到内核的通信

13.8 算法

13.8.1 编译器优化级别

13.8.2 指令打包

13.8.3 探讨循环展开

13.8.4 软件流水处理

13.8.5 禁止递归

13.8.6 降低精度

13.8.7 低功率代码序列和数据模式

13.9 小结

第14章 嵌入式系统中的用户界面设计

14.1 用户界面设计分析阶段

14.1.1 初步迭代设计

14.1.2 第二个原型的开发（高保真工具绘制模型）

14.1.3 基本的应用案例

14.1.4 用户分析方案

14.1.5 层次任务分析

14.1.6 设计克服用户认识、感知及学习时的局限性的途径

14.1.7 错误信息

14.2 虚拟窗口

14.3 使用实体关系图的数据模型

14.4 使用CREDO试验矩阵来分析虚拟窗口

14.5 启发式评估

14.6 格式塔

14.7 应用模型—视图—控制器体系结构设计用户界面

14.7.1 MVC软件体系架构

14.7.2 关于MVC软件体系结构的问题及展望

14.7.3 使用MVC的解决方案

14.8 对安全性要求苛刻的用户界面

14.8.1 更加安全的HMI设计过程

14.8.2 人机界面设计安全手册

参考文献

第15章 嵌入式软件质量、集成和测试技术

15.1 什么是软件测试

15.1.1 为什么要测试软件

15.1.2 多少测试就足够了

15.1.3 应该何时进行测试

15.1.4 谁来做决策

15.2 可用的技术

15.2.1 静态和动态分析

15.2.2 需求追踪

15.2.3 静态分析——遵循编码标准

15.2.4 基本结与基本圈复杂度——案例研究

15.2.5 理解动态分析

15.2.6 继承高完整性的系统

15.2.7 定义单元、模块和集成测试

15.2.8 定义结构化覆盖分析

15.2.9 结合单元测试和系统测试来实现代码覆盖

15.2.10 通过回归测试保持功能

15.2.11 单元测试和由测试驱动的开发

15.2.12 自动生成测试用例

15.3 设置标准

15.3.1 标准的术语

15.3.2 公认的流程标准的演变

15.3.3 自由选择适当的标准

15.3.4 建立内部的流程标准

15.3.5 建立内部编码规范集的公共基础

15.3.6 处理现有的代码库

15.3.7 获得自定义软件开发的内部编码标准——案例研究

15.4 处理异常

15.4.1 处理自动生成的代码

15.4.2 处理继承的代码

15.4.3 通过目标代码验证跟踪需求

15.5 实施测试解决方案的环境

15.5.1 实用主义的考虑

15.5.2 考虑备选方案

15.6 小结

第16章 嵌入式系统的软件开发工具

16.1 调试工具简介

16.2 GDB调试

16.2.1 GDB调试器的配置

16.2.2 启动GDB

16.2.3 编译应用程序

16.2.4 调试应用程序

16.2.5 检查数据

16.2.6 使用断点

16.2.7 步进

16.2.8 更改程序

16.2.9 分析内核转储

16.3 调试代理设计

16.3.1 使用案例

16.3.2 调试代理简介

16.3.3 启动应用程序

16.3.4 上下文切换

16.3.5 位置独立的可执行文件

16.3.6 来自应用程序的调试事件

16.3.7 多核

16.3.8 启动调试代理

16.4 使用JTAG调试

16.4.1 使用JTAG的好处

16.4.2 使用JTAG启动主板

16.4.3 与调试代理的比较

16.4.4 GDB和JTAG

16.5 使用Eclipse和GDB的调试工具

16.5.1 使用GDB调试Linux应用程序

16.5.2 Linux内核的KGDB调试

16.6 检测代码

16.7 分析工具

16.7.1 strace

16.7.2 mtrace

16.7.3 Valgrind

16.8 硬件功能

16.8.1 硬件断点

16.8.2 硬件监视点

16.9 调试提示和技巧

第17章 嵌入式系统的多核软件开发

17.1 分析和高层设计

17.1.1 分析

17.1.2 高层次设计

17.1.3 小结

17.2 实现和低层次设计

17.2.1 基于线程的实现

17.2.2 互斥、锁、嵌套锁

17.2.3 粒度

17.2.4 实现任务并行

17.2.5 消息传递实现

17.2.6 使用混合方法

参考文献

第18章 安全关键软件的开发

18.1 引言

18.2 有哪些安全需求

18.3 项目规划策略

18.4 故障、失效、危害和风险分析

18.4.1 故障、错误和失效

18.4.2 可用性和可靠性

18.4.3 故障处理

18.4.4 危害分析

18.4.5 风险分析

18.5 安全关键的架构

18.6 软件实施策略

参考文献

第19章 知识产权

19.1 背景

19.2 软件属于你吗

19.2.1 获得软件

19.2.2 版权保护

19.2.3 获得版权

19.3 专利

19.3.1 什么是专利

19.3.2 为什么会有专利

19.3.3 决定为哪些部分申请专利

19.3.4 申请专利

19.3.5 专利里都有什么

19.3.6 专利授权

19.4 问题

19.4.1 开源软件

19.4.2 授权和出售软件

19.4.3 收购

19.4.4 发现侵权

19.4.5 避免版权侵权

19.4.6 避免专利侵权

第20章 管理嵌入式软件开发

20.1 能力成熟度模型集成

20.2 OSI模型

20.3 软件开发

20.3.1 V模型

20.3.2 瀑布模型

20.3.3 敏捷模型

20.4 组织

20.5 项目纲领

20.6 利益相关者和核心团队

20.7 产品生命周期管理

20.8 组合管理

20.9 项目管理生命周期

20.10 项目生命周期

20.11 解决问题

20.12 沟通

20.13 缩写，符号，首字母缩略词

20.14 版权确认

参考文献

第21章 嵌入式系统的敏捷开发

21.1 引言

21.2 嵌入式系统有什么特殊之处

21.3 嵌入式系统的敏捷项目规划

21.3.1 项目展望

21.3.2 初始安全性／可靠性风险评估

21.3.3 初始项目风险评估

21.3.4 估算

21.3.5 进度安排

21.4 嵌入式软件项目管理

21.4.1 站立（会议）

21.4.2 性能指标

24.4.3 迭代回溯（共同的阶段）

21.5 嵌入式敏捷开发实践

21.6 敏捷规模因素

21.7 敏捷方法能帮助你遵守标准吗

21.8 小结

参考文献

第22章 嵌入式软件在汽车领域中的应用

22.1 发展历史

22.1.1 汽车电子：1911—2000

22.1.2 电子内容增长的驱动力

22.1.3 引发的嵌入式软件增长

22.1.4 汽车编程语言

22.1.5 小结

22.2 汽车的各部分及其区别

22.2.1 车身

22.2.2 底盘和安全

22.2.3 辅助驾驶

22.2.4 动力总成和变速器

22.2.5 信息娱乐和远程信息处理

22.2.6 汽车子部分总结

22.3 汽车质量

22.3.1 基于墨菲定律制定计划

22.3.2 容错通信

22.3.3 容错软件

22.3.4 零缺陷软件

22.3.5 风险管理和故障模式

22.3.6 失效模式和影响分析

22.4 开发和测试

22.4.1 子系统的互操作性

22.4.2 软件规范

22.4.3 软件体系结构

22.4.4 建模

22.4.5 自动编码与驱动程序

22.4.6 基准测试

22.4.7 跟踪和调试

22.4.8 最后阶段的测试

22.4.9 校验

22.4.10 维护／在产品生命周期内支持

22.5 汽车诊断

22.5.1 故障指示灯

22.5.2 数据记录器

22.5.3 第二代车载诊断

22.6 汽车标准

22.6.1 汽车工业软件可靠性协会

22.6.2 汽车开放系统体系结构

22.6.3 汽车电子委员会

22.7 汽车安全

22.7.1 ISO 26262标准

22.7.2 汽车安全完整性等级

22.8 汽车防盗

22.8.1 过去这意味着：汽车警报器等

22.8.2 现在这意味着：黑客行为

22.8.3 未来这将意味着：假冒

22.9 汽车市场不久的未来

22.9.1 性能

22.9.2 多核的出现

22.9.3 车载终端

22.9.4 自动汽车

22.10 小结

第23章 I/O及存储设备编程

23.1 I/O设备与I/O控制器

23.1.1 I/O设备的分类

23.1.2 I/O控制器

23.1.3 内存映射与DMA

23.1.4 闪存、SD/SDHC与硬盘驱动器

23.1.5 网络附加存储

23.2 I/O编程

23.2.1 I/O控制模式

23.2.2 I/O软件目标

23.2.3 I/O软件层

23.2.4 案例研究：Linux设备驱动程序

23.3 存储编程

23.3.1 I/O用于块设备

23.3.2 闪存设备编程

23.3.3 SATA设备驱动程序

23.4 存储系统性能改善

23.4.1 案例研究1：SDHC上的性能优化

23.4.2 案例研究2：NAS上的性能优化

23.5 小结

参考文献

第24章 网络应用的嵌入式软件

24.1 引言

24.2 网络设备的系统结构

24.3 网络多核SoC

24.3.1 核心

24.3.2 数据包引擎的硬件（PEH）块

24.4 网络编程模型

24.5 数据包处理软件的结构

24.5.1 数据层面的基础设施（DP红外线）

24.5.2 转发引擎的结构

24.5.3 数据包处理应用的要求

24.6 网络应用编程技术

24.6.1 网络应用程序员可以使用的多核性能技术

24.6.2 查找流上下文时避免使用锁

24.6.3 避免引用计数

24.6.4 安全引用机制

24.6.5 流并行

24.6.6 减少与更新统计数据相关的缓存冲突

24.6.7 统计数据加速

24.7 网络应用程序员常用的性能技术

24.8 嵌入式网络设备的Linux操作系统

24.9 小结

第25章 嵌入式Linux操作系统

25.1 简介

25.1.1 选择Linux进行嵌入式系统开发的原因

25.1.2 Linux发行版

25.1.3 适用于Linux的嵌入式平台

25.1.4 许可

25.2 嵌入式Linux入门

25.2.1 内存管理单元

25.2.2 启动载入器

25.2.3 引导装载程序

25.2.4 内核

25.2.5 应用程序

25.3 在参考板上运行Linux

25.3.1 参考平台

25.3.2 从BeagleBone入手

附录A C语言编码标准：源代码的发展

A.1 适用范围

A.2 定义

A.3 规则与约定

A.3.1 显示格式

A.3.2 命名

A.3.3 执行语句限制

A.3.4 语言结构与特征

A.4 复杂性

A.5 问题构建

A.6 源和include文件布局

A.7 特性

A.8 标准缩写

A.9 建议的模块名

A.10 源代码模板

A.11 标准的包含文件模板

A.12 portable.h包含文件模板

A.13 函数模板

附录B C＋＋在嵌入式软件、系统与平台方面的使用

B.1 C＋＋对于嵌入式相对廉价的特性

B.2 C＋＋对于嵌入式稍微昂贵的特性

B.3 C＋＋对于嵌入式昂贵的特性

案例研究1 软件性能工程

CS1.1 项目简介和说明

CS1.2 初始性能评估与信息要求

CS1.3 开发初始评估

CS1.4 跟踪报告指标

CS1.5 减少测量误差

CS1.6 经验教训与总结

参考文献

案例研究2 用户界面设计：警务指挥与控制系统

CS2.1 案例简介

CS2.2 警务指挥与控制系统

CS2.2.1 警务指挥与控制系统的说明和概念模型

CS2.2.2 系统数据收集方法

CS2.2.3 系统用例图和用例场景

CS2.3 重要用例

CS2.4 场景

CS2.4.1 警务指挥和控制的用户界面场景（完美场景）

CS2.4.2 不完美的场景

CS2.4.3 警务指挥和控制系统的典型用户场景

CS2.5 层次任务分析

CS2.6 警务指挥和控制系统的主要交互方式

CS2.7 克服用户认知、感知和学习限制的设计方法

CS2.8 克服用户局限性的外部认知方法

CS2.9 警务指挥和控制系统的报错信息和警告

CS2.10 数据模型（实体关系图）与警务指挥和控制系统中的虚拟操作系统

CS2.11 识别警务指挥和控制系统用户界面设计中的完全形态

CS2.12 数据显示技术

CS2.13 第一原型的易用性测试

CS2.14 二次迭代——低保真原型

CS2.14.1 为低保真原型第二次迭代所做的易用性测试和缺陷矫正

CS2.14.2 低保真原型的最终版

CS2.14.3 支持从新手到专家的过渡

CS2.15 高保真原型

CS2.16 快速开始向导

案例研究3 转化为多核

CS3.1 典型应用软件简介

CS3.2 软件系统分区

CS3.2.1 控制层面软件迁移

CS3.2.2 数据层面软件迁移

CS3.3 数据包的并行处理

CS3.4 混合方法（并行加流水线）

CS3.5 与控制层面分区的数据通信

CS3.6 管理代理

CS3.7 Rx/Tx驱动器

案例研究4 嵌入式系统质量和衡量计划的软件工程

CS4.1 开发方法

CS4.2 度量收集

CS4.3 小结