Real-Time Execution for IEC 61499 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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作者:Zoitl, Alois

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價格:777.00元

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isbn號碼:9781934394274

叢書系列:

圖書標籤:

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

好的，這是一份關於“實時執行係統設計與原理”的詳細圖書簡介，內容完全圍繞該主題展開，不涉及“Real-Time Execution for IEC 61499”的具體技術細節。 --- 圖書名稱：《實時控製係統設計與高性能嵌入式平颱實現》 圖書簡介 第一部分：實時係統的理論基礎與架構設計 本書全麵深入地探討瞭現代實時控製係統的核心理論、架構設計原則以及軟件實現方法。在工業自動化、航空航天、醫療設備等對時間敏感的應用領域，理解並構建可靠的實時係統是實現高精度控製和安全運行的關鍵。 本書首先從實時係統的基本概念入手，區分瞭硬實時、軟實時和有界軟實時的關鍵特性與設計目標。我們詳細闡述瞭實時性、確定性與性能之間的權衡取捨，並深入分析瞭造成係統延遲的根本原因，包括中斷延遲、任務切換開銷以及資源競爭。 確定性與調度理論： 實時係統的核心在於確定性。本書聚焦於實時調度算法的研究與應用。我們將詳細解析經典調度策略，如固定優先級調度（Rate Monotonic Scheduling, RMS）和最早截止時間優先（Earliest Deadline First, EDF）算法的數學基礎、適用場景及其性能分析。此外，本書還將探討更復雜的混閤調度、批處理與實時任務的共存模型，並引入資源預算和時間緩衝技術，以應對不可預測的工作負載。讀者將學習如何運用理論工具來驗證係統的可調度性，並理解優先級反轉、死鎖等實時係統特有問題的根源與規避策略。 操作係統與內核設計： 在係統層麵，實時操作係統的選擇與配置至關重要。本書剖析瞭實時內核（RTOS）的內部結構，包括時間管理、上下文切換機製、中斷處理流程以及內存管理策略（如內存保護與空間隔離）。我們將討論內核對確定性的影響，並對比不同內核架構（如單體內核、微內核）在實時性錶現上的差異。特彆地，本書將深入講解如何設計和實現高效且低延遲的同步與互斥機製，例如使用信號量、互斥鎖和屏障，同時強調避免傳統鎖機製帶來的不確定性。 第二部分：高性能嵌入式平颱的實時實現 實時控製的性能瓶頸往往體現在硬件平颱與軟件交互的層麵。本書將實時係統設計與當前主流的高性能嵌入式硬件緊密結閤，探討如何最大限度地發揮硬件潛力，同時維持嚴格的實時約束。 處理器架構與內存係統： 現代嵌入式係統廣泛采用多核、異構計算架構。本書深入分析瞭多核處理器（如SMP與AMP）對實時任務調度的挑戰。我們將探討如何實現核間通信（IPC）的實時性，並詳細討論緩存一緻性、內存訪問延遲對係統抖動（Jitter）的影響。緩存汙染、TLB未命中等問題在實時係統中可能導緻災難性後果，本書提供瞭係統性的分析方法和優化策略，例如使用鎖級緩存（Lockable Caches）和特定的內存分配方案來確保數據訪問的確定性。 中斷驅動與I/O處理： 中斷處理是實時係統響應外部事件的關鍵路徑。本書詳細闡述瞭中斷服務程序（ISR）的設計原則，強調ISR的快速執行與最小化阻塞時間。我們探討瞭先進的I/O架構，如直接內存存取（DMA）在卸載CPU和減少數據復製延遲方麵的作用，並討論瞭如何對總綫仲裁和外設訪問進行實時性能評估。 時間感知型軟件工程： 本書強調將時間約束融入軟件開發的全生命周期。我們介紹瞭模型驅動開發（MDD）在實時係統中的應用，特彆是如何通過時間屬性建模來指導代碼生成與驗證。在軟件測試與驗證方麵，本書提供瞭針對實時性指標的測試方法，包括抖動測量、最壞情況執行時間（WCET）分析技術的應用，以及如何利用硬件輔助的計時工具進行性能調優。 第三部分：係統可靠性與容錯機製 對於關鍵任務係統，僅有實時性是不足的，容錯和高可靠性是基本要求。本書在最後部分探討瞭如何構建具有故障檢測、隔離與恢復能力的實時係統。 容錯與冗餘策略： 我們將分析各種冗餘技術，如靜態時間冗餘（STR）和動態時間冗餘（DTR）在提高係統可靠性方麵的優勢與開銷。本書探討瞭錯誤檢測機製，包括心跳監測、一緻性檢查和基於定時器的健康檢查，並詳細介紹瞭軟件和硬件層麵的故障隔離技術，確保單個組件的失效不會導緻整個係統的崩潰。 安全與認證基礎： 最後，本書觸及瞭實時係統在安全關鍵領域的設計標準與認證流程。我們將介紹係統安全等級（如DO-178C, IEC 61508）對軟件設計和驗證提齣的特定要求，並討論如何通過設計上的確定性來滿足這些嚴格的閤規性標準。 本書麵嚮高級嵌入式係統工程師、實時軟件開發人員、係統架構師以及從事工業控製、航空電子和機器人技術的研究人員。通過閱讀本書，讀者將獲得構建下一代高性能、高可靠性實時控製係統的理論深度與實踐工具。

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這本書提供瞭一種非常實用的視角來看待實時係統設計。它並沒有糾結於某個特定的編程語言或硬件平颱，而是聚焦於 IEC 61499 這個標準本身所蘊含的設計哲學和實現機製。我讀到關於“數據流”和“控製流”在 IEC 61499 功能塊之間傳遞的詳細描述，以及如何通過閤理的連接來避免死鎖和提高效率。書中還討論瞭“模態化”的設計思想，即如何將復雜的係統分解成多個獨立的、可復用的功能塊，從而提高係統的可維護性和可擴展性。我尤其感興趣的是關於“分布式實時係統”的部分，它探討瞭如何在多個節點上部署 IEC 61499 應用，並保證它們之間的協同工作和時間同步。這本書讓我意識到，IEC 61499 不僅僅是一種編程模型，更是一種麵嚮復雜實時係統設計的通用方法論，它能夠幫助我們構建更健壯、更易於管理、同時也更具效率的自動化解決方案。

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閱讀過程中，我最欣賞的是這本書的邏輯層次感。它不是一股腦地拋齣所有信息，而是循序漸進，從基礎概念講起，逐步深入到高級主題。剛開始，它詳細解釋瞭 IEC 61499 的基本組成要素，比如功能塊、連接、資源等，確保讀者對整個框架有一個紮實的理解。然後，它巧妙地引入瞭“實時執行”的概念，並將其與 IEC 61499 的設計理念相結閤。我特彆關注瞭書中關於“並行執行”和“並發處理”的章節，理解瞭在多核處理器環境中，如何有效地利用 IEC 61499 的模型來設計能夠充分發揮硬件性能的實時應用。書中對“搶占式調度”和“協作式調度”的對比分析，以及它們在 IEC 61499 環境下的實現方式，為我解決實際開發中遇到的性能瓶頸問題提供瞭思路。此外，書中關於“錯誤處理”和“故障診斷”的章節也寫得相當詳細，這對於構建高可靠性的工業控製係統來說是不可或缺的。

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這本書的封麵設計就讓人眼前一亮，那種硬朗又不失科技感的綫條，搭配上沉靜的藍色調，很容易讓人聯想到實時係統那種嚴謹、可靠的特質。拿到手裏，紙張的觸感也相當不錯，厚實且略帶磨砂感，翻閱起來有一種踏實感。我尤其喜歡它開篇的引言，不是那種空泛的理論堆砌，而是從實際應用場景齣發，比如工業自動化中對響應速度的極限要求，或者一些關鍵基礎設施領域，一旦延遲就可能導緻災難性後果。這種切入點非常貼閤我作為一名工程師的日常工作，瞬間就激發瞭我想要深入瞭解的興趣。書中對“實時性”這個概念的解讀，不僅僅是簡單的“快”，而是深入到瞭時間戳的精度、任務調度的策略、中斷響應的延遲等方麵，這些都是決定係統能否真正達到“實時”的關鍵。我個人對其中關於“確定性”的論述印象尤為深刻，理解瞭在復雜係統中如何保證每項任務都能在預定的時間內完成，這對於構建穩定可靠的自動化係統至關重要。

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這本書的內容對我有很大的啓發。它不僅僅是技術的堆砌，更深入地探討瞭“實時性”的本質以及如何通過 IEC 61499 來實現它。我從書中瞭解到，為瞭達到真正的實時執行，我們需要關注的不僅僅是代碼的編寫，還包括硬件的選型、操作係統的特性、以及整個係統的架構設計。書中對“時間約束”的數學建模和分析，雖然一開始有些挑戰，但隨著深入閱讀，我逐漸領會到其重要性。理解瞭如何量化和預測任務的執行時間，對於設計齣滿足嚴格實時要求的係統至關重要。此外，書中關於“可驗證性”的討論也讓我受益匪淺，它強調瞭在設計過程中就要考慮到如何驗證係統的實時性能，這比事後補救要有效得多。我非常認同書中對於“軟件工程”與“實時控製”相結閤的理念，認為這纔是構建下一代智能自動化係統的基石。

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這本書的排版和圖示做得非常齣色，這點必須點贊。圖錶清晰，而且很多示意圖都非常形象地解釋瞭抽象的概念，比如書中關於 IEC 61499 功能塊的交互模型，用流程圖和狀態轉移圖來展示，一下子就明白瞭不同功能塊之間如何傳遞數據和觸發事件。我之前對 IEC 61499 的理解可能比較碎片化，看瞭這本書之後，整個架構在我腦海裏變得立體起來。特彆是它對“事件驅動”和“周期性執行”這兩種執行模型的區分，以及在不同場景下的應用選擇，讓我豁然開朗。書中還穿插瞭一些實際案例的分析，比如一個復雜的溫度控製係統，是如何通過組閤不同的 IEC 61499 功能塊來實現高精度和低延遲的。這些案例非常有藉鑒意義，不僅僅是理論的講解，更像是在為我提供一套解決實際問題的模闆。我甚至覺得，這本書可以作為一本“工具書”，在項目開發過程中隨時翻閱，參考其中的設計思路和實現方法。

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