Architecture and Design of Distributed Embedded Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Kleinjohann, Bernd 编

出品人:

页数:245

译者:

出版时间:2001-4

价格:$ 270.07

装帧:HRD

isbn号码:9780792373452

丛书系列:

图书标签:

分布式系统
嵌入式系统
架构设计
系统设计
计算机体系结构
实时系统
并行处理
通信协议
物联网
边缘计算

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具体描述

Due to the decreasing production costs of IT systems, applications that had to be realised as expensive PCBs formerly, can now be realised as a system-on-chip. Furthermore, low cost broadband communication media for wide area communication as well as for the realisation of local distributed systems are available. Typically the market requires IT systems that realise a set of specific features for the end user in a given environment, so called embedded systems. Some examples for such embedded systems are control systems in cars, airplanes, houses or plants, information and communication devices like digital TV, mobile phones or autonomous systems like service- or edutainment robots. For the design of embedded systems the designer has to tackle three major aspects: The application itself including the man-machine interface, The (target) architecture of the system including all functional and non-functional constraints and, the design methodology including modelling, specification, synthesis, test and validation. The last two points are a major focus of this book. This book documents the high quality approaches and results that were presented at the International Workshop on Distributed and Parallel Embedded Systems (DIPES 2000), which was sponsored by the International Federation for Information Processing (IFIP), and organised by IFIP working groups WG10.3, WG10.4 and WG10.5. The workshop took place on October 18-19, 2000, in Schloss Eringerfeld near Paderborn, Germany. Architecture and Design of Distributed Embedded Systems is organised similar to the workshop. Chapters 1 and 4 (Methodology I and II) deal with different modelling and specification paradigms and the corresponding design methodologies. Generic system architectures for different classes of embedded systems are presented in Chapter 2. In Chapter 3 several design environments for the support of specific design methodologies are presented. Problems concerning test and validation are discussed in Chapter 5. The last two chapters include distribution and communication aspects (Chapter 6) and synthesis techniques for embedded systems (Chapter 7). This book is essential reading for computer science researchers and application developers.

《建筑与设计：分布式嵌入式系统》图书内容概要本书并非《Architecture and Design of Distributed Embedded Systems》。本导览旨在清晰阐述一本关于“建筑与设计：分布式嵌入式系统”的著作可能涵盖的、但不直接属于您所提及特定书名的核心议题。 --- 第一部分：基础理论与系统范式 1. 嵌入式系统基础回顾与演进虽然本书的核心是分布式，但扎实的单体嵌入式系统基础是理解分布式架构的前提。本部分将深入探讨：实时性约束的量化分析：不仅仅是硬实时与软实时的概念区分，而是侧重于最坏情况执行时间（WCET）的精确估算方法，特别是针对周期性与非周期性任务的调度理论，例如基于优先级的抢占模型与基于资源需求的分析。资源受限环境下的内存管理：探讨在极低RAM/ROM约束下的虚拟内存替代方案，例如基于特定硬件特性的内存保护单元（MPU）的精细化配置，以及闪存（Flash）的寿命管理与磨损均衡算法。功耗效率的设计哲学：深入讲解动态电压与频率调节（DVFS）在不同负载场景下的最优策略，以及如何通过软件算法优化来最小化休眠/唤醒周期中的能耗开销。 2. 分布式系统理论的嵌入式视角本章将分布式计算的经典理论，如CAP定理、FLP不可能性等，置于资源受限、时序严格的嵌入式设备背景下进行重新审视和裁剪。去中心化决策模型：重点分析在传感器网络或边缘计算场景下，如何构造能够在通信带宽极低、节点算力有限的环境中实现一致性（Consistency）的轻量级共识协议。这将涉及对Raft或Paxos等协议在资源优化后的变体进行剖析。时间同步与容错机制：研究IEEE 1588（PTP）在大规模无线传感器网络中的实现挑战，特别关注时间戳捕获的硬件依赖性，以及如何设计低开销的故障检测与快速恢复机制，避免系统长时间处于不一致状态。 --- 第二部分：分布式架构模式与互联技术 3. 经典分布式架构在嵌入式中的适配本部分关注如何选择和定制最适合特定嵌入式场景的宏观架构。主/从与对等网络（P2P）的适用性边界：详细论述在工业控制（需要强确定性的主/从结构）与环境监测（倾向于自组织的P2P结构）中，每种架构在扩展性、故障隔离和维护成本上的权衡。面向服务的架构（SOA）的轻量级实现：探讨如何在嵌入式设备上实现类似SOA的松耦合设计，例如利用MQTT、CoAP等轻量级消息协议构建领域驱动的服务边界，而非依赖于传统的重量级中间件。时空同步的网格化计算：针对机器人集群或无人机编队，讨论如何利用空间信息（如GPS、UWB定位）来辅助任务划分和数据融合，实现基于地理位置的分布式任务调度。 4. 异构嵌入式节点的通信协议栈本书将详细解析不同物理层和链路层技术在分布式系统中的应用深度。时序确定性网络（TSN）的深度应用：聚焦于工业4.0背景下，如何配置和使用TSN（如时间敏感网络）提供的流量整形、帧抢占和路径预留功能，以保证关键控制信号在网络中的毫秒级确定性传输。低功耗广域网（LPWAN）的数据策略：分析LoRaWAN、NB-IoT等技术在数据聚合、上行/下行数据包大小限制下的优化策略，特别是如何设计高效的周期性数据采样与事件触发机制。无线Mesh网络路由优化：讨论AODV、DSDV等经典路由协议在节点快速休眠/唤醒场景下的功耗瓶颈，并引入基于能耗预测的源路由优化算法。 --- 第三部分：设计、验证与安全挑战 5. 分布式嵌入式系统的模型驱动设计（MDD）强调在系统设计初期，如何利用形式化方法确保复杂分布逻辑的正确性。 UML/SysML与时间建模：探讨如何使用专门的UML/SysML扩展（如OCP/MARTE Profile）来显式地对时间约束、资源消耗进行建模，并将其转化为可仿真的模型。形式化验证与模型检查：介绍如何利用TLA+或类似工具对分布式控制流进行抽象建模，检查关键属性（如死锁、活锁、一致性违背）在所有可能的并发状态下的满足性。 6. 边缘计算与分布式数据流管理本部分关注分布式系统在数据处理和智能决策上的演进。流处理框架的轻量级移植：分析Apache Flink或Storm等流处理概念如何被裁剪和实现在内存和带宽受限的边缘设备上，例如设计事件驱动的微服务实例。分布式机器学习模型部署与联邦学习：探讨在不共享原始敏感数据的前提下，如何协调多个嵌入式节点对全局模型的增量训练，以及模型权重更新的通信开销最小化技术。 7. 分布式安全架构与信任根由于分布式系统面临更广阔的攻击面，安全设计至关重要。硬件信任根（RoT）的建立与扩展：研究如何利用设备固有的安全元件（如TPM或TEE）来建立初始的信任链，并将此信任链安全地扩展到系统中的相邻节点。安全启动与固件空中更新（OTA）：详细分析在不中断服务的前提下，如何对分布式系统中成百上千的节点进行安全的、可回滚的固件更新，包括签名验证、分批部署策略和异常状态恢复。 --- 结语本书的最终目标是为系统架构师和高级嵌入式工程师提供一个全面的、非特定厂商的设计框架，用于应对现代工业物联网、智能交通和自主系统对高可靠性、高实时性和高可扩展性的分布式嵌入式系统设计需求。它侧重于选择正确的设计范式、量化资源限制下的性能边界，以及在软件和硬件协同层面构建鲁棒的安全机制。