Real-Time Execution for IEC 61499 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Zoitl, Alois

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页数:0

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价格:777.00元

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isbn号码:9781934394274

丛书系列:

图书标签:

• IEC 61499
• Real-Time Systems
• Industrial Automation
• Distributed Control
• Function Blocks
• Software Engineering
• Embedded Systems
• Control Systems
• Automation
• Programming

好的，这是一份关于“实时执行系统设计与原理”的详细图书简介，内容完全围绕该主题展开，不涉及“Real-Time Execution for IEC 61499”的具体技术细节。 --- 图书名称：《实时控制系统设计与高性能嵌入式平台实现》 图书简介 第一部分：实时系统的理论基础与架构设计 本书全面深入地探讨了现代实时控制系统的核心理论、架构设计原则以及软件实现方法。在工业自动化、航空航天、医疗设备等对时间敏感的应用领域，理解并构建可靠的实时系统是实现高精度控制和安全运行的关键。 本书首先从实时系统的基本概念入手，区分了硬实时、软实时和有界软实时的关键特性与设计目标。我们详细阐述了实时性、确定性与性能之间的权衡取舍，并深入分析了造成系统延迟的根本原因，包括中断延迟、任务切换开销以及资源竞争。 确定性与调度理论： 实时系统的核心在于确定性。本书聚焦于实时调度算法的研究与应用。我们将详细解析经典调度策略，如固定优先级调度（Rate Monotonic Scheduling, RMS）和最早截止时间优先（Earliest Deadline First, EDF）算法的数学基础、适用场景及其性能分析。此外，本书还将探讨更复杂的混合调度、批处理与实时任务的共存模型，并引入资源预算和时间缓冲技术，以应对不可预测的工作负载。读者将学习如何运用理论工具来验证系统的可调度性，并理解优先级反转、死锁等实时系统特有问题的根源与规避策略。 操作系统与内核设计： 在系统层面，实时操作系统的选择与配置至关重要。本书剖析了实时内核（RTOS）的内部结构，包括时间管理、上下文切换机制、中断处理流程以及内存管理策略（如内存保护与空间隔离）。我们将讨论内核对确定性的影响，并对比不同内核架构（如单体内核、微内核）在实时性表现上的差异。特别地，本书将深入讲解如何设计和实现高效且低延迟的同步与互斥机制，例如使用信号量、互斥锁和屏障，同时强调避免传统锁机制带来的不确定性。 第二部分：高性能嵌入式平台的实时实现 实时控制的性能瓶颈往往体现在硬件平台与软件交互的层面。本书将实时系统设计与当前主流的高性能嵌入式硬件紧密结合，探讨如何最大限度地发挥硬件潜力，同时维持严格的实时约束。 处理器架构与内存系统： 现代嵌入式系统广泛采用多核、异构计算架构。本书深入分析了多核处理器（如SMP与AMP）对实时任务调度的挑战。我们将探讨如何实现核间通信（IPC）的实时性，并详细讨论缓存一致性、内存访问延迟对系统抖动（Jitter）的影响。缓存污染、TLB未命中等问题在实时系统中可能导致灾难性后果，本书提供了系统性的分析方法和优化策略，例如使用锁级缓存（Lockable Caches）和特定的内存分配方案来确保数据访问的确定性。 中断驱动与I/O处理： 中断处理是实时系统响应外部事件的关键路径。本书详细阐述了中断服务程序（ISR）的设计原则，强调ISR的快速执行与最小化阻塞时间。我们探讨了先进的I/O架构，如直接内存存取（DMA）在卸载CPU和减少数据复制延迟方面的作用，并讨论了如何对总线仲裁和外设访问进行实时性能评估。 时间感知型软件工程： 本书强调将时间约束融入软件开发的全生命周期。我们介绍了模型驱动开发（MDD）在实时系统中的应用，特别是如何通过时间属性建模来指导代码生成与验证。在软件测试与验证方面，本书提供了针对实时性指标的测试方法，包括抖动测量、最坏情况执行时间（WCET）分析技术的应用，以及如何利用硬件辅助的计时工具进行性能调优。 第三部分：系统可靠性与容错机制 对于关键任务系统，仅有实时性是不足的，容错和高可靠性是基本要求。本书在最后部分探讨了如何构建具有故障检测、隔离与恢复能力的实时系统。 容错与冗余策略： 我们将分析各种冗余技术，如静态时间冗余（STR）和动态时间冗余（DTR）在提高系统可靠性方面的优势与开销。本书探讨了错误检测机制，包括心跳监测、一致性检查和基于定时器的健康检查，并详细介绍了软件和硬件层面的故障隔离技术，确保单个组件的失效不会导致整个系统的崩溃。 安全与认证基础： 最后，本书触及了实时系统在安全关键领域的设计标准与认证流程。我们将介绍系统安全等级（如DO-178C, IEC 61508）对软件设计和验证提出的特定要求，并讨论如何通过设计上的确定性来满足这些严格的合规性标准。 本书面向高级嵌入式系统工程师、实时软件开发人员、系统架构师以及从事工业控制、航空电子和机器人技术的研究人员。通过阅读本书，读者将获得构建下一代高性能、高可靠性实时控制系统的理论深度与实践工具。

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阅读过程中，我最欣赏的是这本书的逻辑层次感。它不是一股脑地抛出所有信息，而是循序渐进，从基础概念讲起，逐步深入到高级主题。刚开始，它详细解释了 IEC 61499 的基本组成要素，比如功能块、连接、资源等，确保读者对整个框架有一个扎实的理解。然后，它巧妙地引入了“实时执行”的概念，并将其与 IEC 61499 的设计理念相结合。我特别关注了书中关于“并行执行”和“并发处理”的章节，理解了在多核处理器环境中，如何有效地利用 IEC 61499 的模型来设计能够充分发挥硬件性能的实时应用。书中对“抢占式调度”和“协作式调度”的对比分析，以及它们在 IEC 61499 环境下的实现方式，为我解决实际开发中遇到的性能瓶颈问题提供了思路。此外，书中关于“错误处理”和“故障诊断”的章节也写得相当详细，这对于构建高可靠性的工业控制系统来说是不可或缺的。

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这本书的排版和图示做得非常出色，这点必须点赞。图表清晰，而且很多示意图都非常形象地解释了抽象的概念，比如书中关于 IEC 61499 功能块的交互模型，用流程图和状态转移图来展示，一下子就明白了不同功能块之间如何传递数据和触发事件。我之前对 IEC 61499 的理解可能比较碎片化，看了这本书之后，整个架构在我脑海里变得立体起来。特别是它对“事件驱动”和“周期性执行”这两种执行模型的区分，以及在不同场景下的应用选择，让我豁然开朗。书中还穿插了一些实际案例的分析，比如一个复杂的温度控制系统，是如何通过组合不同的 IEC 61499 功能块来实现高精度和低延迟的。这些案例非常有借鉴意义，不仅仅是理论的讲解，更像是在为我提供一套解决实际问题的模板。我甚至觉得，这本书可以作为一本“工具书”，在项目开发过程中随时翻阅，参考其中的设计思路和实现方法。

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这本书的封面设计就让人眼前一亮，那种硬朗又不失科技感的线条，搭配上沉静的蓝色调，很容易让人联想到实时系统那种严谨、可靠的特质。拿到手里，纸张的触感也相当不错，厚实且略带磨砂感，翻阅起来有一种踏实感。我尤其喜欢它开篇的引言，不是那种空泛的理论堆砌，而是从实际应用场景出发，比如工业自动化中对响应速度的极限要求，或者一些关键基础设施领域，一旦延迟就可能导致灾难性后果。这种切入点非常贴合我作为一名工程师的日常工作，瞬间就激发了我想要深入了解的兴趣。书中对“实时性”这个概念的解读，不仅仅是简单的“快”，而是深入到了时间戳的精度、任务调度的策略、中断响应的延迟等方面，这些都是决定系统能否真正达到“实时”的关键。我个人对其中关于“确定性”的论述印象尤为深刻，理解了在复杂系统中如何保证每项任务都能在预定的时间内完成，这对于构建稳定可靠的自动化系统至关重要。

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这本书提供了一种非常实用的视角来看待实时系统设计。它并没有纠结于某个特定的编程语言或硬件平台，而是聚焦于 IEC 61499 这个标准本身所蕴含的设计哲学和实现机制。我读到关于“数据流”和“控制流”在 IEC 61499 功能块之间传递的详细描述，以及如何通过合理的连接来避免死锁和提高效率。书中还讨论了“模态化”的设计思想，即如何将复杂的系统分解成多个独立的、可复用的功能块，从而提高系统的可维护性和可扩展性。我尤其感兴趣的是关于“分布式实时系统”的部分，它探讨了如何在多个节点上部署 IEC 61499 应用，并保证它们之间的协同工作和时间同步。这本书让我意识到，IEC 61499 不仅仅是一种编程模型，更是一种面向复杂实时系统设计的通用方法论，它能够帮助我们构建更健壮、更易于管理、同时也更具效率的自动化解决方案。

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这本书的内容对我有很大的启发。它不仅仅是技术的堆砌，更深入地探讨了“实时性”的本质以及如何通过 IEC 61499 来实现它。我从书中了解到，为了达到真正的实时执行，我们需要关注的不仅仅是代码的编写，还包括硬件的选型、操作系统的特性、以及整个系统的架构设计。书中对“时间约束”的数学建模和分析，虽然一开始有些挑战，但随着深入阅读，我逐渐领会到其重要性。理解了如何量化和预测任务的执行时间，对于设计出满足严格实时要求的系统至关重要。此外，书中关于“可验证性”的讨论也让我受益匪浅，它强调了在设计过程中就要考虑到如何验证系统的实时性能，这比事后补救要有效得多。我非常认同书中对于“软件工程”与“实时控制”相结合的理念，认为这才是构建下一代智能自动化系统的基石。

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