嵌入式实时操作系统测试理论和方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张明杰，雷迅，杨云 等 著

图书标签:

• 嵌入式系统
• 实时操作系统
• 测试
• 软件测试
• 嵌入式软件
• RTOS
• 测试理论
• 测试方法
• 质量保证
• 可靠性

出版社： 航空工业出版社

ISBN：9787516504994

版次：1

商品编码：11533251

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-07-01

用纸：胶版纸

页数：239

字数：410000

正文语种：中文

内容简介

　　嵌入式实时操作系统在通信、医疗、核电站控制等领域的广泛应用，使人们越来越关注嵌入式实时操作系统的安全性。目前，系统介绍高安全嵌入式实时操作系统测试理论和方法的文献还比较少，《嵌入式实时操作系统测试理论和方法》介绍了关于高安全嵌入式实时操作系统的测试理论和方法。
　　《嵌入式实时操作系统测试理论和方法》以理论为指导，提出了操作系统测试需要解决的问题，证明了基于有限状态机测试策略的正确性，使用动态代码走查方法提高代码走查的效率和效果，使用地址监控方法解决临界保护正确性测试问题。每种测试方法都以理论为指导，测试充分性得到有效保证。
　　《嵌入式实时操作系统测试理论和方法》适合于从事嵌入式操作系统设计和测试的科研人员参考和使用。

内页插图

目录

第1部分 嵌入式实时操作系统的基本原理
第1章 嵌入式实时操作系统概述
1.1 操作系统概述
1.1.1 操作系统作用
1.1.2 操作系统发展简史
1.2 嵌入式实时操作系统
1.2.1 嵌入式实时操作系统的特点
1.2.2 嵌入式实时操作系统实例
1.3 本章小结
第2章 RTEMS嵌入式实时操作系统
2.1 RTEMS概述
2.2 RTEMS超级内核
2.2.1 对象
2.2.2 任务队列
2.3 RTEMS功能组件
2.3.1 任务组件
2.3.2 中断组件
2.3.3 时钟组件
2.3.4 定时器组件
2.3.5 进程间通信组件
2.3.6 存储管理组件
2.4 调度策略
2.4.1 调度策略控制
2.4.2 任务状态转换
2.5 本章小结

第2部分 嵌入式实时操作系统测试的理论和方法
第3章 问题和策略
3.1 软件测试概述
3.1.1 软件测试过程
3.1.2 软件测试类型
3.2 操作系统测试特殊性
3.2.1 三角形判定问题描述
3.2.2 三角形判定程序实现
3.2.3 三角形判定程序测试
3.2.4 操作系统测试的特殊性
3.3 操作系统测试问题描述
3.3.1 prg的特点
3.3.2 p，。的分类
3.3.3 问题描述
3.3.4 基于独立系统调用的测试方法的不足
3.4 基于资源管理视点的测试策略
3.4.1 资源的表示方法
3.4.2 资源表示的本质
3.4.3 问题重新描述
3.4.4 基路径测试
3.5 信号量测试案例
3.5.1 常规测试法
3.5.2 基于有限状态机的测试法
3.5.3 正确性证明
3.6 其他考虑
3.7 本章小结
第4章 动态代码走查方法
4.1 代码走查定义
4.2 基于软件动态执行的代码走查方法DCW
4.2.1 软件移植
4.2.2 代码走查
4.3 RTEMS超级内核代码走查
4.3.1 Score移植
4.3.2 Score代码走查
4.4 本章小结
第5章 临界保护正确性测试
5.1 问题描述
5.2 基于地址监控的临界保护正确性测试
5.2.1 RTEMS临界保护特点
5.2.2 地址监控的临界区保护正确性测试
5.2.3 正确性证明
5.2.4 SVAM方法优化
5.2.5 Bochs实现SVAM
……
第3部分 嵌入式实时操作系统测试方法的具体实现
参考文献

前言/序言

《嵌入式系统开发的艺术：从底层到应用的全景解析》 一、 引言：穿梭于数字洪流的基石 在信息技术飞速发展的今天，我们身边的每一个智能设备，从智能手机、车载导航，到工业自动化控制系统、医疗诊断设备，乃至航天航空领域的精密仪器，其核心都离不开一个至关重要的组成部分——嵌入式系统。它们如同数字世界的隐形脉搏，默默驱动着现代生活的方方面面。然而，要构建一个稳定、高效、可靠的嵌入式系统，绝非易事。它需要开发者不仅掌握硬件的精妙设计，更要精通软件的严谨逻辑，并能在两者之间找到完美的平衡点。 《嵌入式系统开发的艺术：从底层到应用的全景解析》并非一本技术手册的堆砌，而是一次深入嵌入式系统设计与实现全过程的哲学探索与实践总结。本书旨在为读者提供一个宏观且细致的视角，理解嵌入式系统如何从最初的概念构思，经历精密的硬件选型与设计，到复杂的软件架构搭建，最终化为触手可及的智能产品。我们将不仅仅停留在“是什么”的层面，更会深入“为什么”和“如何做”，剖析隐藏在代码和电路背后的设计哲学与工程智慧。 本书特别适合那些渴望全面掌握嵌入式系统开发技能的工程师、计算机科学与工程专业的学生，以及对智能硬件充满好奇的技术爱好者。无论您是初涉嵌入式领域的“小白”，还是在某一方面已有建树的“老兵”，本书都将为您提供宝贵的洞见和实用的指导，助您在嵌入式开发的艺术之路上，走得更远，更稳。 二、 嵌入式硬件的灵魂：从选型到优化的智慧 任何嵌入式系统的生命力都源于其硬件载体。本书将带领读者深入探究嵌入式硬件设计的核心要素，并超越简单的元器件堆砌，强调“以系统论”的思维方式。 1. 微处理器与微控制器（MCU）的深度剖析： 我们将不仅仅介绍ARM、RISC-V等主流架构的指令集特点，更会深入分析不同系列MCU在功耗、性能、外设集成度、开发生态等方面的差异。例如，为何某些项目会选择低功耗的MCU，而另一些项目则需要高性能的多核处理器？本书将通过实际案例，揭示功耗预算、实时性要求、成本控制以及可扩展性等因素如何在硬件选型中扮演关键角色。您将学会如何根据具体应用场景，精准匹配最适合的处理器，避免过度设计或性能瓶颈。 2. 存储器的奥秘：RAM, ROM, Flash与EEPROM的抉择： 内存是嵌入式系统的“短期记忆”和“长期记忆”，其选择直接影响系统的运行效率和数据持久性。本书将细致讲解不同类型存储器的读写速度、擦写寿命、容量与成本之间的权衡。我们将探讨如何合理规划内存空间，例如，Flash用于存储固件，SRAM用于临时数据处理，而EEPROM则用于存储用户配置参数。此外，对于需要大量数据存储的设备，如高清视频录制设备，本书还将介绍SD卡、eMMC等外部存储接口的设计与驱动考量。 3. 传感器与执行器：感知世界的触角与行动的指令： 嵌入式系统之所以“智能”，离不开与物理世界的交互。本书将详尽介绍各类传感器的原理，包括模拟传感器（如温度、湿度、光照传感器）和数字传感器（如加速度计、陀螺仪、GPS模块），以及它们与MCU的接口方式（ADC, I2C, SPI, UART等）。同时，对于执行器，如电机驱动、LED控制器、继电器等，本书将阐述其控制逻辑和功率驱动电路的设计要点。我们将重点关注信号采集的精度、抗干扰能力，以及执行器响应的速度与稳定性。 4. 电源管理与功耗优化：让“电力”成为核心竞争力： 功耗是嵌入式系统设计中最常被提及也最难解决的问题之一，尤其是在电池供电的移动设备中。本书将深入讲解低功耗设计技术，包括CPU的休眠模式、外设的时钟门控、高效的DC-DC转换器选择，以及如何通过软件策略来管理功耗。您将了解到如何通过分析功耗曲线，识别功耗“大户”，并采取针对性优化措施，从而显著延长设备的续航时间。 5. PCB设计与信号完整性：电路板上的“艺术”： 硬件的性能发挥，离不开合理的PCB布局与布线。本书将介绍PCB设计的基本原则，包括元件布局的考虑、信号线的布线规则（如差分信号、高频信号的处理），以及电源和地线的规划。我们将重点讲解信号完整性（Signal Integrity）和电源完整性（Power Integrity）的概念，以及如何通过PCB设计避免信号反射、串扰和电源噪声，确保硬件在高速运行下依然稳定可靠。 三、 嵌入式软件的骨骼：从架构到优化的流程 硬件是载体，软件才是赋予嵌入式系统“生命”的灵魂。本书将带领读者构建健壮、高效、易于维护的嵌入式软件系统。 1. 系统架构设计：模块化与分层化的艺术： 复杂的嵌入式软件需要清晰的架构来支撑。本书将介绍常见的嵌入式软件架构模式，如裸机开发、RTOS（实时操作系统）应用、Linux系统下的嵌入式开发等。我们将重点探讨模块化设计和分层设计的理念，如何将复杂的系统分解为独立的模块（如驱动层、中间件层、应用层），以及层与层之间的接口定义。这种清晰的架构有助于提高代码的可读性、可维护性和可复用性。 2. 驱动程序开发：连接硬件与软件的桥梁： 驱动程序是嵌入式软件最接近硬件的部分，其编写的质量直接关系到外设的正常工作。本书将详细介绍不同类型硬件接口的驱动程序开发技术，例如SPI、I2C、UART、GPIO等。我们将深入讲解中断机制、DMA（直接内存访问）的应用，以及如何编写高效、稳定的驱动程序，使其能够准确、及时地与硬件交互，并处理各种异常情况。 3. 实时操作系统（RTOS）的应用：调度与协同的智慧： 对于许多需要精确时间控制的嵌入式应用，RTOS是必不可少的。本书将深入讲解RTOS的核心概念，包括任务（Task）、调度器（Scheduler）、信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）等。我们将通过实际案例，演示如何利用RTOS来实现多任务并发、资源共享和任务间的通信与同步，从而构建出具有高响应性和实时性的系统。此外，本书还将探讨RTOS选型时需要考虑的因素，如实时性、资源占用、内核大小、支持的硬件平台以及社区支持等。 4. 文件系统与存储管理：数据的秩序与流动： 嵌入式设备通常需要存储和管理数据。本书将介绍常见的嵌入式文件系统，如FAT32、LittleFS、YAFFS等，并探讨它们的特点、适用场景以及在存储介质（如SD卡、NAND Flash）上的管理策略。我们将关注数据的一致性、读写性能以及在断电情况下的数据恢复能力。 5. 通信协议与网络接入：连接无处不在： 现代嵌入式系统越来越强调互联互通。本书将深入讲解嵌入式系统中常用的通信协议，包括串行通信（RS-232, RS-485）、网络通信（TCP/IP, UDP, HTTP, MQTT），以及无线通信（Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee）等。我们将探讨如何在嵌入式系统中实现这些协议栈，并构建可靠的网络通信链路，实现设备之间的数据交换和远程控制。 6. 软件优化与性能调优：追求极致的效率： 嵌入式系统的资源往往有限，因此软件优化至关重要。本书将介绍多种软件优化技巧，包括代码级别的优化（如算法选择、循环展开、函数内联）、内存优化（如数据结构选择、内存对齐）、以及利用编译器特性进行优化。我们将通过性能分析工具，找出性能瓶颈，并采取有效的手段进行调优，以在有限的资源下实现最佳的性能表现。 四、 嵌入式系统开发的实践艺术：从需求到发布的完整旅程 理论与实践相结合，才能真正掌握嵌入式开发的精髓。本书将引导读者走完从项目启动到产品发布的完整流程。 1. 需求分析与规格定义：构建坚实的地基： 任何成功的项目都始于清晰的需求。本书将讲解如何进行有效的需求分析，将模糊的客户需求转化为具体的、可衡量的技术规格。我们将重点关注用户体验、功能性、性能指标、功耗预算、安全性等关键方面。 2. 开发环境搭建与工具链选择：事半功倍的利器： 选择合适的开发环境和工具链，能够极大地提高开发效率。本书将介绍常见的嵌入式开发工具，如交叉编译器、调试器（JTAG, SWD）、逻辑分析仪、示波器、仿真器等，并分享如何根据项目需求和硬件平台，选择最优的开发环境配置。 3. 版本控制与协同开发：团队协作的基石： 在复杂的嵌入式项目中，多人协同开发是常态。本书将强调版本控制系统（如Git）的重要性，并讲解如何使用它来管理代码变更、实现分支开发和合并，以及与其他团队成员进行高效协同。 4. 单元测试与集成测试：质量的守护者： 软件质量是嵌入式系统的生命线。本书将详细介绍单元测试、集成测试以及系统测试的方法和技术。我们将探讨如何编写有效的测试用例，利用自动化测试工具，以及如何设计测试策略来发现并修复软件缺陷，确保软件的稳定性和可靠性。 5. 调试与问题排查：拨开迷雾的智慧： 嵌入式系统的调试过程往往充满了挑战。本书将分享各种有效的调试技巧和问题排查方法，包括使用调试器进行断点调试、查看内存变量、跟踪程序执行流程，以及利用日志输出来分析问题。我们将深入剖析常见硬件和软件问题的根源，并提供解决思路。 6. 固件更新与空中下载（OTA）：让产品持续进化： 随着产品生命周期的延长，固件更新和OTA（Over-The-Air）能力变得越来越重要。本书将探讨如何设计和实现安全、可靠的固件更新机制，以及如何利用OTA技术，在不进行物理接触的情况下，远程更新设备固件，为产品提供持续的功能迭代和安全修复。 7. 产品发布与维护：从实验室到市场的飞跃： 产品从开发完成到最终发布，需要经历一系列的验证和部署工作。本书将介绍产品发布前的最终验证流程，包括性能稳定性测试、环境适应性测试等。同时，我们还将讨论产品发布后的维护策略，包括客户支持、Bug修复以及未来的产品升级规划。 五、 结语：嵌入式开发者的成长之路 《嵌入式系统开发的艺术：从底层到应用的全景解析》不仅仅是一本书，它是一扇通往嵌入式世界的大门，一幅描绘嵌入式开发全景的画卷。我们希望通过本书，能够激发您对嵌入式系统更深层次的理解和探索热情。 嵌入式开发是一门融合了硬件、软件、算法、工程学等多学科的综合性艺术。它要求开发者具备严谨的逻辑思维、扎实的理论基础、丰富的实践经验，以及持续学习的动力。在这条充满挑战但也无比激动人心的成长之路上，愿本书成为您最可靠的伙伴，助您在嵌入式技术的广阔天地中，挥洒创意，实现价值。 掌握了嵌入式系统的底层逻辑，才能更好地驾驭上层应用的创新。愿您能在这门艺术的殿堂中，不断精进，创造出更多改变世界的智能产品。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我首先被它的内容深度所震撼。对于嵌入式实时操作系统（RTOS）的测试，一直以来都觉得是技术门槛较高，且系统性不强的领域。很多时候，我们更多的是依赖经验和一些零散的工具。但这本书，从书名来看，就非常有野心，试图构建一套完整的理论体系和方法论。我尤其好奇它在“理论”部分会涉及哪些前沿的研究成果，比如形式化验证在RTOS测试中的应用，或者基于模型驱动的测试方法。毕竟，随着RTOS的复杂性和应用场景的不断拓展，传统的黑盒测试和白盒测试可能已经难以满足需求。而“方法”部分，我希望它能涵盖从底层驱动到上层应用的全链路测试，并且对不同类型的RTOS（如FreeRTOS、RT-Thread、Zephyr等）的特性，是否有针对性的测试建议。我非常期待能够从中学习到如何有效地发现RTOS中的潜在缺陷，例如死锁、竞态条件、优先级翻转等经典的实时性问题，并且能够掌握一些高级的调试和分析技巧。这本书如果能提供一些关于自动化测试框架的搭建和使用方法，那就太实用了。

评分☆☆☆☆☆

作为一名多年从事嵌入式软件开发的工程师，我深知RTOS的稳定性和可靠性对于整个产品的重要性。在过去的项目中，我们在RTOS测试方面吃过不少苦头，很多深层次的问题是在系统集成甚至客户现场才暴露出来，调试起来非常困难。所以，当我看到这本书的书名时，我立刻觉得它是我一直在寻找的宝藏。我非常关注它在“理论”部分，是否能够深入剖析RTOS的并发机制、调度算法、中断处理等核心环节，并从中提炼出有效的测试思路和原则。例如，如何通过理论推导来预测可能出现的时序问题，如何设计能够触发这些问题的测试场景。同时，在“方法”方面，我期待它能提供一套行之有效的测试策略，包括如何进行全面的覆盖度测试，如何设计压力测试和负载测试来评估RTOS的健壮性，以及如何进行功耗和资源占用分析。如果书中还能包含一些关于自动化测试脚本的编写技巧，以及如何结合静态代码分析工具来提前发现潜在问题，那将极大地提升我们的工作效率和产品质量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，书名“嵌入式实时操作系统测试理论和方法”直击要点，瞬间吸引了我这个在嵌入式领域摸爬滚打多年的工程师。我一直觉得，再精妙的算法，再复杂的硬件，最终都要回归到稳定可靠的运行，而这背后离不开扎实的测试。这本书的出现，仿佛为我指明了一条通往更深层次理解的道路。我特别关注的是它对“理论”的阐述，是不是能够从根本上解释为什么某些测试方法有效，为什么另一些方法会失效，而不是简单地罗列一堆工具和流程。我期待它能提供一套系统的理论框架，帮助我理解RTOS测试的本质，从而能够根据实际项目需求，灵活运用和创新测试策略。而且，对于“方法”的介绍，我希望它能包含从单元测试、集成测试到系统测试的各个层级，并且能提供一些具体的、可操作的指导，比如如何设计有效的测试用例，如何进行性能测试和稳定性测试，甚至是如何应对RTOS特有的并发和实时性挑战。如果书中还能结合一些经典的RTOS案例进行分析，那就更完美了，能够让我将理论与实践更好地结合起来。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚刚接触嵌入式系统不久的学生，对于RTOS的理解还停留在比较基础的层面。在学校的课程中，我们接触到了一些RTOS的概念，但关于如何进行有效的测试，老师讲得不多，也很少有专门的书籍来系统介绍。这本书的书名“嵌入式实时操作系统测试理论和方法”，听起来就非常权威和专业，所以我立刻被它吸引了。我非常希望它能从最基础的知识讲起，比如RTOS的基本原理、核心概念，以及为什么需要进行专门的测试。然后，在理论部分，能用通俗易懂的语言解释一些复杂的概念，让我能够理解测试背后的逻辑。在方法部分，我期待它能提供一些图文并茂的示例，展示如何编写简单的测试用例，如何使用一些常用的测试工具，甚至是如何进行一些基础的性能测试，比如任务切换的时间、中断响应时间等。如果书中还能包含一些实际项目中的案例分析，让我看到这些理论和方法是如何应用到真实的嵌入式产品开发中的，那对我来说将是巨大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

对于嵌入式领域，测试一直是一个相对薄弱的环节，尤其是RTOS的测试，其复杂性和专业性更是让许多开发者望而却步。我看到这本书的书名“嵌入式实时操作系统测试理论和方法”，感觉内容一定非常扎实，能够填补这方面的空白。我尤其好奇书中是如何系统性地阐述RTOS测试的“理论”的，是会深入到操作系统的内核层面，还是会侧重于软件工程的测试思想？我期望它能提供一套清晰的理论框架，帮助我们理解RTOS测试的本质和挑战，例如如何量化实时性、如何保证任务的确定性等。而“方法”部分，我希望能够看到一些具体的、可落地的测试技术和工具介绍，比如如何对任务间通信、同步机制进行有效测试，如何进行功耗分析和性能调优，甚至是如何进行故障注入测试来考察RTOS的鲁棒性。如果书中还能提供一些不同场景下的测试用例设计思路，以及如何构建一个完整的RTOS测试平台，那对我们实际工作将有巨大的指导意义。