出版時間:2010年6月 出版社:機械工業(yè)出版社 作者:(美)Wayne Wolf 頁數(shù):332 譯者:鞠大鵬,王海霞,汪東升
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前言
本書的目標(biāo)是為新興的高性能嵌人式計算領(lǐng)域提供一個參考框架。計算機的發(fā)展已經(jīng)遠遠超越了早期的8位微控制器時代。如今,嵌入式計算機由能夠運行成千上萬行代碼的微處理器構(gòu)成。它們實時運行并且功耗很低。為了適當(dāng)?shù)卦O(shè)計這類系統(tǒng),人們已經(jīng)對嵌入式硬件和軟件特性展開了深入研究?,F(xiàn)實生活中的飛機、手機和數(shù)字電視等都依賴于高性能嵌入式系統(tǒng)。我們對如何設(shè)計這類系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)了解,但還有更多的知識需要掌握。實時控制實際上是計算機最初的應(yīng)用之一——第1章中提到的MIT Whirlwind(旋風(fēng))計算機研制于20世紀(jì)50年代,用于武器控制。但微處理器使嵌人式計算開始在計算機應(yīng)用領(lǐng)域中占據(jù)相對非常重要的位置。盡管復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)在1980年以前就已經(jīng)開始使用,但嵌入式計算作為一個學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域直到20世紀(jì)90年代才形成。即便現(xiàn)在,許多傳統(tǒng)的計算機科學(xué)和工程學(xué)科在探討嵌入式計算課題時并沒有充分了解其他學(xué)科研究領(lǐng)域中的相關(guān)工作。
內(nèi)容概要
本書從性能、功率、能耗等方面闡述了嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)通用計算機系統(tǒng)在設(shè)計上的區(qū)別。本書第1章是背景資料,第2章介紹嵌入式系統(tǒng)使用的各種處理器,第3章研究程序,第4章討論多處理器系統(tǒng),第5章介紹多處理器體系結(jié)構(gòu),第6章介紹多處理器的軟件及其調(diào)度算法,第7章專注于硬件和軟件的協(xié)同設(shè)計。全書包含大量實例,涵蓋許多嵌入式計算領(lǐng)域的高級主題,適合已熟悉嵌入式軟硬件基礎(chǔ)知識的技術(shù)人員和學(xué)生閱讀。
作者簡介
Wayne Wolf 擁有斯坦福大學(xué)電子工程博士學(xué)位,現(xiàn)為普林斯頓大學(xué)電子工程教授。在1989年加入普林斯頓大學(xué)之前,他曾在AT&T貝爾實驗室工作。他是IEEE和ACM會員、IEEE計算機協(xié)會核心成員以及ASEE和SPIE成員。Wolf教授于2003年獲得了ASEE Frederick E.Terman獎,于2006年獲得了I
書籍目錄
出版者的話 譯者序 前言 本書贊譽 第1章 嵌入式計算 1.1 高性能嵌入式計算的前景 1.2 示例應(yīng)用 1.2.1 無線電和網(wǎng)絡(luò) 1.2.2 多媒體 1.2.3 車輛控制和操作 1.2.4 傳感器網(wǎng)絡(luò) 1.3 設(shè)計目標(biāo) 1.4 設(shè)計方法 1.4.1 基本設(shè)計方法 1.4.2 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計流程 1.4.3 基于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計方法 1.4.4 設(shè)計檢驗和確認 1.4.5 方法論 1.4.6 算法與體系結(jié)構(gòu)聯(lián)合開發(fā) 1.5 計算模型 1.5.1 為什么研究計算模型 1.5.2 有限與無限狀態(tài) 1.5.3 控制流和數(shù)據(jù)流模型 1.5.4 并行和通信 1.5.5 并行的來源和使用 1.6 可靠性、安全與防衛(wèi) 1.6.1 為什么需要可靠的嵌入式系統(tǒng) 1.6.2 可靠系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ) 1.6.3 新式攻擊和對策 1.7 電子消費品體系結(jié)構(gòu) 1.7.1 藍牙 1.7.2 WiFi 1.7.3 聯(lián)網(wǎng)的電子消費品 1.7.4 高層次服務(wù) 1.8 小結(jié) 問題 實驗練習(xí) 第2章 CPU 2.1 介紹 2.2 處理器的比較 2.2.1 評價處理器 2.2.2 處理器的分類 2.2.3 嵌入式處理器與通用處理器 2.3 RISC處理器與數(shù)字信號處理器 2.3.1 RISC處理器 2.3.2 數(shù)字信號處理器 2.4 并行執(zhí)行機制 2.4.1 超長指令字處理器 2.4.2 超標(biāo)量處理器 2.4.3 SIMD與向量處理器 2.4.4 線程級并行 2.4.5 處理器資源利用率 2.5 性能可變處理器體系結(jié)構(gòu) 2.5.1 電壓和頻率的動態(tài)調(diào)整 2.5.2 “優(yōu)于最壞情況”設(shè)計 2.6 處理器存儲層次結(jié)構(gòu) 2.6.1 存儲組件模型 2.6.2 寄存器堆 2.6.3 cache 2.6.4 片上SRAM 2.7 附加的CPU技術(shù) 2.7.1 編碼壓縮 2.7.2 代碼和數(shù)據(jù)壓縮 2.7.3 低功耗總線編碼 2.7.4 安全性 2.8 CPU模擬 2.8.1 基于執(zhí)行日志的分析 2.8.2 直接執(zhí)行 2.8.3 微系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模模擬器 2.9 CPU的自動化設(shè)計 2.9.1 可配置處理器 2.9.2 指令集綜合 2.10 小結(jié) 問題 實驗練習(xí) 第3章 編程 第4章 進程和操作系統(tǒng) 第5章 多處理器體系結(jié)構(gòu) 第6章 多處理器軟件 第7章 硬件/軟件協(xié)同設(shè)計 術(shù)語表 參考文獻
章節(jié)摘錄
插圖:1.1 高性能嵌入式計算的前景這本書的主題是,很多嵌入式計算系統(tǒng)都是高性能計算系統(tǒng),需要精心設(shè)計才能滿足嚴(yán)格的要求。它們不僅需要大量計算,還必須滿足量化目標(biāo):實時性能(而不僅僅是平均性能)、功耗/能耗和成本。量化目標(biāo)使得嵌入式計算系統(tǒng)的設(shè)計與通用計算系統(tǒng)有很大區(qū)別,因為后者的用戶是不可預(yù)知的。當(dāng)要設(shè)計計算機系統(tǒng)來滿足各種各樣的量化目標(biāo)時,我們很快發(fā)現(xiàn),沒有一個系統(tǒng)對所有應(yīng)用都是最佳的。不同的計算需求導(dǎo)致在性能和功耗、硬件和軟件等方面做出不同的權(quán)衡。我們必須通過不同的實現(xiàn)來滿足一系列應(yīng)用的需求。方案應(yīng)該是可編程的,以保證設(shè)計靈活且有生命力,但不需要提供不必要的靈活性,以免與系統(tǒng)的需求相背離。通用計算系統(tǒng)是將硬件和軟件分開設(shè)計的,但是在嵌入式計算系統(tǒng)中,我們需要同時設(shè)計硬件和軟件。通常,一個問題可以通過硬件方式、軟件方式或兩者的結(jié)合來解決。不同的方案有不同的權(quán)衡;硬件/軟件結(jié)合設(shè)計提供的空間越大,我們能找到的設(shè)計方案就越好。如圖1-l所示,嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的研究應(yīng)該考慮三個方面:體系結(jié)構(gòu)(architectures)、應(yīng)用(applications)和方法論(methodologies)。與通用計算系統(tǒng)的設(shè)計相比,嵌入式計算系統(tǒng)的設(shè)計人員更依賴于方法論和相關(guān)應(yīng)用的基本知識。讓我們分別考慮這些方面。由于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員既設(shè)計硬件又設(shè)計軟件,因此他們必須研究體系結(jié)構(gòu),一般來說,包括硬件、軟件和這兩者之間的關(guān)系。硬件體系結(jié)構(gòu)包括硬件/軟件結(jié)合設(shè)計的專用硬件單元,處理器的微體系結(jié)構(gòu),多處理器或分布式處理器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。軟件體系結(jié)構(gòu)決定我們怎樣利用并行性和非確定性來提高性能和降低成本。設(shè)計高效的嵌入式計算系統(tǒng)的關(guān)鍵在于了解你的應(yīng)用,充分利用應(yīng)用的特性來優(yōu)化設(shè)計,實現(xiàn)很多通用系統(tǒng)中不可能完成的高效優(yōu)化。但這也意味著我們必須對應(yīng)用足夠了解,才能充分利用它的特性,而避免為系統(tǒng)的實現(xiàn)人員制造麻煩。
編輯推薦
《高性能嵌入式計算》:在過去的20年中,雖然嵌入式系統(tǒng)仍是許多消費電子設(shè)備、工業(yè)設(shè)備和軍用設(shè)備中不可見的部分,但它作為一個整體己經(jīng)脫穎而出。如今,嵌入式計算不再限于簡單設(shè)備控制,它已經(jīng)能以高實時處理能力和低能耗來執(zhí)行復(fù)雜的處理任務(wù)?!陡咝阅芮度胧接嬎恪凡捎靡环N獨特的量化方法來論述現(xiàn)代嵌入式計算系統(tǒng)的設(shè)計,書中根據(jù)性能、功率和能量消耗以及成本應(yīng)達到的量化目標(biāo)描述了在設(shè)計中亟待解決的問題。貫穿全書的實際應(yīng)用使得《高性能嵌入式計算》對專業(yè)人員、研究人員和學(xué)生來說都是及時且非常有價值的資源?!陡咝阅芮度胧接嬎恪诽厣罅楷F(xiàn)實世界中嵌入式計算應(yīng)用(比如移動電話、打印機和數(shù)字電視等)和體系結(jié)構(gòu)(比如TIC5000系列DSP,F(xiàn)reescale Starcore處理器和TI OMAP多處理器等)的實例:涵蓋嵌入式計算領(lǐng)域的高級主題,比如可配置處理器、針對實時和功率損耗的軟件優(yōu)化、異構(gòu)多處理器以及嵌入式中間件?!ど钊胝撌隽司W(wǎng)絡(luò)、可重構(gòu)系統(tǒng)、軟硬件協(xié)同設(shè)計、安全性以及程序分析。
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