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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 WiFi39

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 CPU44

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 cache64

2.6.4　片上SRAM66

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　Java144

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 FlexRay216

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