實時系統(tǒng)的行為確定性是個艱深的主題，需要對系統(tǒng)全局特性有深入的理解。準確和完整理解這個特性的主要困難在于系統(tǒng)的時域行為，需要在各個抽象層次上開展分析和設計，而這一直是經典的實時系統(tǒng)著作有所欠缺的地方�！斗植际綄崟r系統(tǒng)原理與設計方法（原書第2版）/計算機科學叢書》從體系結構層面介紹了分布式實時系統(tǒng)的設計，主要內容包括實時系統(tǒng)環(huán)境、簡潔性、全局時間、實時模型、時間關系、依賴性、實時通信、能量、實時操作系統(tǒng)、實時調度、系統(tǒng)設計、驗證性、物聯網以及實時觸發(fā)體系結構方面的內容。

本書適合用作高年級本科生或一年級研究生的實時嵌入式系統(tǒng)（也稱為信息物理融合系統(tǒng)）課程的教材，首要目標是系統(tǒng)地介紹相關知識。本書內容劃分為14章，正好對應一個學期的14周教學。本書也可作為技術參考書，向工業(yè)界的實踐者提供實時嵌入式系統(tǒng)設計的現狀，以及該領域涉及的基礎性概念。從本書第1版出版至今的14年間，維也納技術大學有超過1000名學生使用該書作為教材來學習實時系統(tǒng)課程。這些學生的反饋和嵌入式實時系統(tǒng)這個動態(tài)變化領域的許多新進展，都融入了第2版中。本書關注體系結構層次的分布式實時系統(tǒng)設計。然而我們發(fā)現，相當大一部分計算機科學文獻都忽略了實時時間的推進，這使得實時系統(tǒng)設計者不掌握這個關鍵知識的抽象層次就無法開展系統(tǒng)設計工作。因此，物理時間推進是本書中最重要的概念，在此基礎上定義很多相關的概念。本書使用大量來自工業(yè)界的案例來洞察解釋與時間推進相關的基礎性概念。本書擴展了分布式實時系統(tǒng)的概念模型，并精確定義了與時間相關的重要概念，如稀疏時間、狀態(tài)、實時數據的時域精確性和確定性等。
大規(guī)模計算機系統(tǒng)的認知復雜性演化是個極為受關注的主題，第2版專門增加了一章來論述簡約設計（第2章）。本章采納了認知領域的一些最新研究發(fā)現，包括概念形成、理解、人類的簡化策略、模型構建，并形成了有助于簡約系統(tǒng)設計的7個原則。在后續(xù)的12章中，都圍繞這些原則展開論述。另外還新增了兩章，分別是第8章和第13章，論述移動設備這一巨大市場中越來越重要的主題。關于第6、7、11、12章都進行了系統(tǒng)性修訂，并特別關注基于組件的設計和基于模型的設計。在第6章中，新增了關于信息安全和功能安全的多個小節(jié)。第14章介紹了時間觸發(fā)體系結構，把本書論述的概念整合成連貫一致的框架，用來開發(fā)可信嵌入式實時系統(tǒng)。自本書第1版出版以來，在許多應用領域都可以清楚地看到,已經從采用事件觸發(fā)設計方法學轉向采用時間觸發(fā)設計方法學來設計可信分布式實時系統(tǒng)。
本書假設讀者擁有計算機科學或計算機工程方面的背景知識，或者在嵌入式系統(tǒng)設計、實現方面有一些實踐經驗。
作為不可分割的組成部分，本書最后對貫穿全書的技術術語給出了相應定義。如果讀者在閱讀過程中不確定某些術語的確切內涵，建議參考術語定義部分。
致謝
無法在這里一一列舉所有對本書第2版有貢獻的學生、工業(yè)界和科學界同行的姓名，他們在過去十幾年為本書提出了諸多富有啟發(fā)的問題或給出了建設性的評論。在完成本書第2版的最后階段——2010年10月，我在范德堡大學講授一門由Janos Sztipanovits組織的課程，從聽眾那里得到了寶貴的意見。在這里要特別感謝Christian Tessarek，他承擔了本書的插圖設計工作。感謝閱讀了部分或全部手稿并提出了許多寶貴修改建議的Sven Bünte、Christian ElSalloum、Bernhard Fr?mel、 Oliver H?ftberger, Herbert Grünbacher、Benedikt Huber、Albrecht Kadlec、Roland Kammerer、Susanne Kandl、Vaclav Mikolasek、Stefan Poledna、Peter Puschner、Brian Randell、Andreas Steininger、Ekarin Suethanuwong、 Armin Wasicek、Michael Zolda，以及來自范德堡大學的學生Kyoungho An、Joshua D. Carl、Spencer Crosswy、Fred Eisele、Fan Qui和 Adam C. Trewyn。

　　赫爾曼·科佩茨（ Hermann Kopetz），1968年在奧地利維也納大學獲得物理學博士學位，曾在奧地利工業(yè)部工作，自1982年以來任教于維也納理工大學，擔任軟件工程和實時系統(tǒng)方向的教授。Kopetz教授目前是奧地利科學院院士，IEEE Fellow，Information Society Advisory Group（ISTAG）成員，為歐盟委員會在信息技術領域提供咨詢。2007年獲得法國Paul Sabatier大學榮譽博士。Kopetz教授是構建可靠嵌入式系統(tǒng)所必須的時間觸發(fā)技術的理論建立者，也是TTTech公司的聯合創(chuàng)始人。他已經發(fā)表過100多篇關于嵌入式系統(tǒng)的論文，并在可靠的實時系統(tǒng)領域擁有20多項專利。時間觸發(fā)技術目前已經部署在領先的自動化和航天應用領域，并已經被NASA用于Orion航天飛船上。
　　
　　吳際，博士，北京航空航天大學計算機學院副教授，中國計算機學會軟件工程專業(yè)委員會委員。主要研究方向為安全關鍵系統(tǒng)與軟件的建模、驗證與評估，軟件可靠性與安全性，軟件測試以及智能物聯網系統(tǒng)等。獲得省部級科技進步二等獎2項，北京市教學成果獎一等1項和二等獎1項。發(fā)表高水平論文30余篇。
　　
　　龍翔，博士，北京航空航天大學計算機學院教授，博士生導師。CCF體系結構專委會委員。長期從事計算機系統(tǒng)結構和操作系統(tǒng)的教學工作，以及面向領域的計算機體系結構、分布式實時操作系統(tǒng)和安全關鍵嵌入式實時系統(tǒng)設計等方面的研究工作。
　　
　　尚利宏，博士，北京航空航天大學計算機學院系統(tǒng)結構所副教授。中國計算機學會容錯專業(yè)委員會委員。主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)、容錯計算技術、機載計算機體系結構、機載機電系統(tǒng)綜合化技術。已發(fā)表論文50余篇，其中SCI/EI檢索20余篇，獲發(fā)明專利4項。獲北京航空航天大學教學成果一等獎1項，省部級科技進步二等獎1項，省部級科技進步三等獎2項。

出版者的話
譯者序
中文版序
前言
第1章　實時環(huán)境 1
1.1　實時計算機系統(tǒng) 1
1.2　功能需求 2
1.2.1　數據采集 2
1.2.2　直接數字控制 4
1.2.3　人機交互 4
1.3　時域需求 5
1.3.1　時域需求的出處 5
1.3.2　最小延遲抖動 7
1.3.3　最小錯誤檢測延遲 7
1.4　可信需求 7
1.4.1　可靠性 7
1.4.2　安全性 8
1.4.3　可維護性 8
1.4.4　可用性 9
1.4.5　信息安全 9
1.5　實時系統(tǒng)分類 9
1.5.1　硬實時系統(tǒng)與軟實時系統(tǒng) 10
1.5.2　失效安全系統(tǒng)與失效可運作系統(tǒng) 11
1.5.3　響應有保證系統(tǒng)與盡力而為系統(tǒng) 11
1.5.4　資源充分系統(tǒng)與資源受限系統(tǒng) 12
1.5.5　事件觸發(fā)系統(tǒng)與時間觸發(fā)系統(tǒng) 12
1.6　實時系統(tǒng)產品的市場分析 12
1.6.1　嵌入式實時系統(tǒng) 13
1.6.2　工廠自動化系統(tǒng) 14
1.6.3　多媒體系統(tǒng) 15
1.7　實時系統(tǒng)典型案例 15
1.7.1　管道流量控制系統(tǒng) 15
1.7.2　發(fā)動機控制器 16
1.7.3　自動軋鋼系統(tǒng) 17
要點回顧 18
文獻注解 19
復習題 19
第2章　簡約設計 21
2.1　認知 21
2.1.1　問題求解 21
2.1.2　概念定義 23
2.1.3　認知復雜性 23
2.1.4　簡化策略 25
2.2　概念圖譜 25
2.2.1　概念形成 25
2.2.2　科學概念 27
2.2.3　消息 27
2.2.4　變量的語義內容 28
2.3　建模的本質 29
2.3.1　目標與視角 29
2.3.2　設計的主要挑戰(zhàn) 30
2.4　涌現行為 31
2.4.1　不可約性 31
2.4.2　基礎特性和推導特性 31
2.4.3　復雜系統(tǒng) 32
2.5　如何開展簡約設計 33
要點回顧 34
文獻注解 35
復習題 36
第3章　全局時間 37
3.1　時間和序 37
3.1.1　不同（性質）的序 37
3.1.2　時鐘 38
3.1.3　精度和準確度 40
3.1.4　時間標準 41
3.2　時間測量 42
3.2.1　全局時間 42
3.2.2　區(qū)間測量 43
3.2.3　π/Δ優(yōu)先序 44
3.2.4　時間測量的根本局限 45
3.3　稠密時間與稀疏時間 45
3.3.1　稠密時基 46
3.3.2　稀疏時基 46
3.3.3　時空劃分 47
3.3.4　時間的周期性表示 48
3.4　內時鐘同步 48
3.4.1　同步條件 49
3.4.2　集中式主控同步 50
3.4.3　容錯同步算法 51
3.4.4　狀態(tài)校正與速率校正 53
3.5　外時鐘同步 54
3.5.1　外部時間源 54
3.5.2　時間網關 55
3.5.3　時間格式 56
要點回顧 56
文獻注解 57
復習題 57
第4章　實時模型 59
4.1　模型概述 59
4.1.1　組件和消息 59
4.1.2　組件集群 60
4.1.3　時域控制與邏輯控制 61
4.1.4　事件觸發(fā)控制與時間觸發(fā)控制 62
4.2　組件狀態(tài) 63
4.2.1　狀態(tài)的定義 63
4.2.2　袖珍計算器案例 63
4.2.3　基狀態(tài) 64
4.2.4　數據庫組件 66
4.3　消息 66
4.3.1　消息結構 66
4.3.2　事件信息與狀態(tài)信息 66
4.3.3　事件觸發(fā)消息 67
4.3.4　時間觸發(fā)消息 68
4.4　組件接口 68
4.4.1　接口特性 69
4.4.2　鏈接接口 70
4.4.3　技術獨立控制接口 70
4.4.4　技術相關調試接口 70
4.4.5　本地接口 71
4.5　網關組件 71
4.5.1　特性失配 72
4.5.2　網關組件的LIF與本地接口 72
4.5.3　標準化的消息接口 73
4.6　鏈接接口規(guī)格 74
4.6.1　傳輸規(guī)格 74
4.6.2　操作規(guī)格 74
4.6.3　元級規(guī)格 75
4.7　組件集成 76
4.7.1　可組合性原則 76
4.7.2　集成視角 77
4.7.3　成體系系統(tǒng) 77
要點回顧 79
文獻注解 80
復習題 80
第5章　時域關系 82
5.1　實時實體 82
5.1.1　控制范圍 82
5.1.2　離散實時實體和連續(xù)實時實體 83
5.2　觀測 83
5.2.1　不帶時間戳的觀測 83
5.2.2　間接觀測 84
5.2.3　狀態(tài)觀測 84
5.2.4　事件觀測 84
5.3　實時鏡像與實時對象 85
5.3.1　實時鏡像 85
5.3.2　實時對象 85
5.4　時域精確性 86
5.4.1　定義 86
5.4.2　實時鏡像的分類 88
5.4.3　狀態(tài)估計 89
5.4.4　可組合性考慮 90
5.5　持久性和冪等性 90
5.5.1　持久性 90
5.5.2　動作延遲時長 91
5.5.3　精確性時間間隔與動作延遲 92
5.5.4　冪等性 92
5.6　確定性 92
5.6.1　確定性的定義 93
5.6.2　一致的初始狀態(tài) 95
5.6.3　不確定性設計成分 95
5.6.4　重獲確定性 96
要點回顧 97
文獻注解 98
復習題 98
第6章　可信性 99
6.1　基本概念 99
6.1.1　故障 100
6.1.2　錯誤 101
6.1.3　失效 102
6.2　信息安全 104
6.2.1　安全信息流 104
6.2.2　安全威脅 105
6.2.3　加密方法 106
6.2.4　網絡身份認證 108
6.2.5　實時控制數據的保護 109
6.3　異常檢測 109
6.3.1　什么是異常 109
6.3.2　失效檢測 111
6.3.3　錯誤檢測 111
6.4　容錯 112
6.4.1　故障假設 113
6.4.2　容錯單元 114
6.4.3　成員關系服務 116
6.5　健壯性 117
6.5.1　基本概念 117
6.5.2　健壯系統(tǒng)的結構 118
6.6　組件重集成 118
6.6.1　重集成時間點 119
6.6.2　最小化基狀態(tài)規(guī)模 119
6.6.3　組件重啟 120
要點回顧 120
文獻注解 122
復習題 122
第7章　實時通信 123
7.1　需求 123