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第1章 绪论1

1.1 应用1

1.2 启发式示例4

1.3 设计过程5

1.3.1 建模7

1.3.2 设计8

1.3.3 分析8

1.4 小结9

第一部分 动态行为建模12

第2章 连续动态12

2.1 牛顿力学12

2.2 参元模型15

2.3 系统特性17

2.3.1 因果系统17

2.3.2 无记忆系统18

2.3.3 线性与时不变性18

2.3.4 稳定性19

2.4 反馈控制19

2.5 小结22

习题23

第3章 离散动态25

3.1 离散系统25

3.2 状态的概念28

3.3 有限状态机28

3.3.1 迁移29

3.3.2 响应31

3.3.3 更新函数32

3.3.4 确定性与接受性34

3.4 扩展状态机35

3.5 非确定性37

3.5.1 形式化模型38

3.5.2 非确定性的用途39

3.6 行为与轨迹39

3.7 小结41

习题41

第4章 混合系统45

4.1 模态模型45

4.1.1 状态机的参元模型45

4.1.2 连续输入45

4.1.3 状态精化46

4.2 混合系统分类47

4.2.1 时间自动机47

4.2.2 高阶动态性49

4.2.3 监督控制53

4.3 小结56

习题57

第5章 状态机组合61

5.1 并发组合62

5.1.1 平行同步组合63

5.1.2 平行异步组合64

5.1.3 共享变量66

5.1.4 级联组合68

5.1.5 通用组合70

5.2 分层状态机70

5.3 小结72

习题72

第6章 并发计算模型75

6.1 模型的结构75

6.2 同步响应模型77

6.2.1 反馈模型78

6.2.2 形式非良好模型与形式良好模型79

6.2.3 推定一个不动点80

6.3 数据流计算模型81

6.3.1 数据流原理82

6.3.2 同步数据流84

6.3.3 动态数据流86

6.3.4 结构化数据流87

6.3.5 进程网络88

6.4 时间计算模型89

6.4.1 时间触发模型89

6.4.2 离散事件系统92

6.4.3 时间连续系统93

6.5 小结95

习题95

第二部分 嵌入式系统设计100

第7章 传感器与执行器100

7.1 传感器与执行器模型101

7.1.1 线性与仿射模型101

7.1.2 量程101

7.1.3 动态量程102

7.1.4 量化102

7.1.5 噪声104

7.1.6 采样105

7.1.7 谐波失真107

7.1.8 信号调理108

7.2 一些常用传感器109

7.2.1 测量倾斜度与加速度109

7.2.2 测量位置和速度110

7.2.3 测量旋转111

7.2.4 测量声音111

7.2.5 其他传感器111

7.3 执行器112

7.3.1 发光二极管112

7.3.2 电机控制112

7.4 小结115

习题115

第8章 嵌入式处理器117

8.1 处理器类型117

8.1.1 微控制器117

8.1.2 DSP处理器119

8.1.3 图形处理器123

8.2 并行机制123

8.2.1 并行与并发123

8.2.2 流水线125

8.2.3 指令级并行127

8.2.4 多核体系结构132

8.3 小结132

习题132

第9章 存储器体系结构134

9.1 存储器技术134

9.1.1 RAM134

9.1.2 非易失性存储器135

9.2 存储器分级体系135

9.2.1 存储器映射136

9.2.2 寄存器文件137

9.2.3 暂存器与高速缓存138

9.3 存储器模型140

9.3.1 存储器地址140

9.3.2 栈141

9.3.3 存储器保护单元142

9.3.4 动态内存分配142

9.3.5 C程序的存储模型143

9.4 小结143

习题144

第10章 输入与输出146

10.1 I/O硬件146

10.1.1 脉冲宽度调制147

10.1.2 通用数字I/O147

10.1.3 串行接口149

10.1.4 并行接口151

10.1.5 总线151

10.2 并发世界中的顺序软件152

10.2.1 中断与异常152

10.2.2 原子性154

10.2.3 中断控制器155

10.2.4 中断建模155

10.3 小结158

习题158

第11章 多任务机制163

11.1 命令式程序163

11.2 线程166

11.2.1 创建线程166

11.2.2 实现线程168

11.2.3 互斥169

11.2.4 死锁171

11.2.5 内存一致性模型172

11.2.6 多线程机制带来的问题173

11.3 进程与消息传递174

11.4 小结177

习题178

第12章 调度机制181

12.1 调度基础181

12.1.1 调度决策181

12.1.2 任务模型182

12.1.3 调度器比较184

12.1.4 调度器的实现184

12.2 单调速率调度185

12.3 最早截止期优先调度187

12.4 调度与互斥190

12.4.1 优先级翻转190

12.4.2 优先级继承协议191

12.4.3 优先级天花板协议192

12.5 多处理器调度193

12.6 小结195

习题196

第三部分 分析与验证200

第13章 不变量与时态逻辑200

13.1 不变量200

13.2 线性时态逻辑201

13.2.1 命题逻辑公式202

13.2.2 线性时态逻辑公式203

13.2.3 运用线性时态逻辑公式205

13.3 小结206

习题207

第14章 等价与精化209

14.1 规格模型209

14.2 类型等价与精化209

14.3 语言等价与包含211

14.4 模拟215

14.4.1 模拟关系216

14.4.2 形式化模型217

14.4.3 传递性217

14.4.4 模拟关系的非唯一性218

14.4.5 模拟与语言包含的对比218

14.5 互模拟219

14.6 小结220

习题221

第15章 可达性分析与模型检验224

15.1 开放和封闭系统224

15.2 可达性分析225

15.2.1 Gp验证225

15.2.2 显式状态模型检验226

15.2.3 符号化模型检验227

15.3 模型检验中的抽象229

15.4 模型检验活性属性231

15.4.1 将属性作为自动机232

15.4.2 寻找接受环路233

15.5 小结235

习题235

第16章 定量分析237

16.1 关注的问题237

16.1.1 极端情况分析237

16.1.2 阈值分析238

16.1.3 平均情况分析238

16.2 将程序表示为图238

16.2.1 基本块239

16.2.2 控制流图239

16.2.3 函数调用240

16.3 执行时间的决定因素241

16.3.1 循环边界241

16.3.2 指数路径空间243

16.3.3 路径可行性243

16.3.4 存储器分级体系244

16.4 执行时间分析基础245

16.4.1 优化的形式化表示245

16.4.2 逻辑流约束247

16.4.3 基本块的边界249

16.5 其他定量分析问题250

16.5.1 内存边界分析250

16.5.2 功耗和能耗分析252

16.6 小结252

习题252

第17章 安全性与隐私性255

17.1 密码学原语256

17.1.1 加密与解密256

17.1.2 数字签名与安全散列函数259

17.2 协议与网络安全性260

17.2.1 密钥交换261

17.2.2 加密协议设计262

17.3 软件安全性263

17.4 信息流265

17.4.1 几个示例266

17.4.2 理论268

17.4.3 分析与实施269

17.5 高级主题270

17.5.1 传感器与执行器安全270

17.5.2 旁路攻击271

17.6 小结272

习题273

第四部分 附录276

附录A集合与函数276

附录B复杂性与可计算性281

参考文献292

符号说明306