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第1章 嵌入式系统及其软件与嵌入技术1

1.1 嵌入式系统概述1

1.1.1 一般性描述1

1.1.2 国际电气与电子工程协会（IEEE）定义1

1.1.3 《ARTEMIS》报告定义1

1.1.4 从应用的角度看2

1.1.5 从与信息技术相关性的角度看2

1.2 嵌入式系统、嵌入式软件发展前景展望3

1.3 新的视角3

1.3.1 一部曲嵌入技术的前世今生4

1.3.2 二部曲军阀混战5

1.3.3 三部曲中国人的登场7

1.4 各国竞相发展嵌入技术7

1.4.1 中国核高基7

1.4.2 欧美也启动了嵌入式技术的国家和多国合作专项开发项目8

1.4.3 工业4.0和中国制造202516

1.5 从最新技术发展看嵌入技术17

1.5.1 从应用来看17

1.5.2 从技术上看25

第2章 软件和嵌入式软件的开发技术和测试27

2.1 软件的概念27

2.1.1 一般软件的定义27

2.1.2 软件的特性27

2.1.3 软件担当的角色28

2.1.4 软件的分类28

2.2 嵌入式应用29

2.3 嵌入式软件29

2.3.1 嵌入式软件的复杂度在增高30

2.3.2 嵌入式系统软硬件紧密耦合30

2.3.3 嵌入式系统及其软件的其他特点31

2.4 嵌入式开发技术32

2.4.1 嵌入式调试33

2.4.2 嵌入式软件调试器的实现技术33

2.4.3 片上调试（On Chip Debugging，OCD）34

2.4.4 嵌入式软件调试工具34

2.4.5 参考资料35

2.4.6 ROM监控器（ROM monitor）37

2.5 从嵌入式软件测试开始新基本认知37

2.5.1 对嵌入式软件测试的基本认识37

2.5.2 嵌入式软件的测试38

2.6 嵌入式软件测试的通用策略和一般流程39

2.6.1 嵌入式软件测试各个阶段的通用策略39

2.6.2 嵌入式软件测试一般流程42

第3章 嵌入式系统及其软件的新理论体系43

3.1 嵌入式系统及其软件的基本理论和原则概述43

3.1.1 从嵌入式软件测试说起43

3.1.2 嵌入式技术的基础理论43

3.1.3 嵌入技术仿真平台建立及嵌入式系统工程的理论与方法论45

3.1.4 仿真平台及嵌入式系统工程理论与方法论的国学方法论45

3.2 实现的原则（原理）46

第4章 全数字虚拟化方法62

4.1 单机系统的全数字仿真技术62

4.1.1 嵌入式系统及其软件开发环境的仿真方式62

4.1.2 传统“白盒”测试工具的局限性62

4.1.3 传统“黑盒”测试工具的局限性63

4.2 全数字虚拟化软硬件的分离需要考虑的方面64

4.3 全数字仿真用于嵌入式系统及其软件的解决方案65

4.3.1 全数字仿真概念65

4.3.2 全数字仿真工作方式66

4.4 全数字仿真嵌入式软件测试的功能67

4.4.1 外部事件仿真技术67

4.4.2 各种白盒测试68

4.4.3 汇编语言（目标码、机器码）全数字仿真69

4.4.4 高级语言全数字仿真70

4.4.5 对通用开发环境的测试支持与集成71

4.4.6 全数字仿真的实时71

4.5 详论全数字仿真侵入／干预／插桩方式71

4.5.1 非嵌入式打点与嵌入式打点的例子72

4.5.2 嵌入式插桩的例子74

4.6 简化的自动化单元测试75

4.6.1 过程75

4.6.2 环境构造器75

4.6.3 测试实例执行管理器76

4.6.4 测试报告生成器76

4.6.5 代码覆盖率76

4.7 超实时、欠实时全数字仿真77

4.8 软硬件协同验证全数字仿真技术77

4.8.1 EDA设计概述77

4.8.2 问题的提出77

4.8.3 协同仿真Co Simulation环境77

4.8.4 软硬件协同验证的模型开发79

4.8.5 里程与实施79

4.8.6 计划实施的时间与内容分配80

4.9 全数字仿真嵌入式软件测试应用适用性80

4.9.1 适用性80

4.9.2 局限性81

第5章 半数字／半物理固件方法82

5.1 基于仿真目标机的嵌入式仿真（单机系统）82

5.1.1 原则82

5.1.2 软硬件分离82

5.1.3 构成82

5.1.4 基本概念83

5.1.5 目的84

5.1.6 仿真实时（Simulated Real Time）（源自原则（8））85

5.1.7 特点（Features）85

5.1.8 开环测试87

5.1.9 闭环测试87

5.1.10 故障注入88

5.1.11 测试88

5.1.12 广义测试（源自原则（7））88

5.1.13 总结89

5.2 基于真实目标机的半数字半物理嵌入式仿真（单机系统）89

5.2.1 原则89

5.2.2 软硬件分离89

5.2.3 构成90

5.2.4 基本概念90

5.2.5 目的91

5.2.6 仿真的实时Simulated Real Time（原则（8））91

5.2.7 特点91

5.2.8 开环测试91

5.2.9 闭环测试92

5.2.10 故障注入92

5.2.11 测试92

5.2.12 总结92

5.3 基于原型目标机半数字仿真嵌入式仿真（单机系统）93

5.3.1 原则93

5.3.2 软硬件分离93

5.3.3 构成94

5.3.4 基本概念94

5.3.5 目的95

5.3.6 仿真的实时（Simulated Real Time）（原则（8））95

5.3.7 特点95

5.3.8 开环测试95

5.3.9 闭环测试96

5.3.10 故障注入96

5.3.11 测试96

5.3.12 总结96

5.4 对通用开发环境的测试支持与集成97

5.4.1 测发一体化原则的应用97

5.4.2 GPS原则的应用97

5.5 半物理仿真侵入／干预／插桩方式97

5.5.1 侵入（干预，插桩）的基本思想97

5.5.2 侵入／干预／插桩方式的功能97

5.6 半物理半数字仿真嵌入式软件测试应用适用性98

5.6.1 适用性98

5.6.2 局限性98

第6章 嵌入式在环的全物理方法99

6.1 对真实目标机进行实时白盒开发／测试（硬件辅助实时在线）99

6.1.1 问题的提出99

6.1.2 方案比较和基本方法99

6.1.3 软件系统的“逻辑分析仪”102

6.2 实时仿真技术概述104

6.2.1 概述104

6.2.2 实时仿真的概念／构成实例108

6.3 嵌入式快速原型目标机111

6.3.1 一般仿真原型机系统构建111

6.3.2 嵌入式快速原型目标机113

6.4 全物理仿真113

6.4.1 全物理仿真黑盒开发／仿真／测试原理114

6.4.2 全物理仿真黑盒开发／仿真／测试拓扑114

6.4.3 全物理仿真黑盒开发／仿真／测试功能114

6.4.4 实时操作系统简介116

6.4.5 系统测试116

6.4.6 嵌入式仿真测试环境117

6.5 虚拟仪器技术117

6.5.1 概念117

6.5.2 思想的形成118

6.5.3 虚拟仪器系统118

6.5.4 虚拟仪器的组成118

6.5.5 虚拟仪器的功能118

6.5.6 虚拟仪器的特点118

6.5.7 虚拟仪器的数据采集（DAQ）方式119

6.5.8 虚拟仪器技术的发展119

6.6 全物理黑、白盒结合（灰盒）的测试120

6.6.1 如何结合120

6.6.2 黑、白盒结合的结构120

6.7 全物理仿真应用适用性121

6.7.1 适用性121

6.7.2 局限性121

第7章 基于嵌入式系统的复杂系统122

7.1 复杂系统概述122

7.1.1 原理122

7.1.2 总体布局122

7.1.3 系统框架环境122

7.2 任务调度及时序控制123

7.2.1 特点123

7.2.2 优势123

7.2.3 贯穿全生命周期124

7.2.4 构成124

7.2.5 特性126

7.2.6 详细特征127

7.3 面向任务的工作环境建立129

7.3.1 基本概念129

7.3.2 什么叫工作区130

7.3.3 简单历史130

7.3.4 面向对象的访问130

7.3.5 面向最终用户的终端界面131

7.3.6 面向任务的工作环境建立的CORBA结构131

7.3.7 GUI：用户接口交互131

7.3.8 其他工具集成132

7.3.9 面向任务的工作环境建立工作流132

7.3.10 结论132

7.4 基于全数字虚拟化的复杂系统仿真133

7.4.1 全数字仿真复杂系统概述133

7.4.2 嵌入式在环全数字超实时仿真技术概念及其原理134

7.4.3 嵌入式在环全数字超实时仿真系统架构及其应用137

7.4.4 全数字仿真平台构成138

7.5 基于半数字／半物理的复杂系统仿真140

7.5.1 半数字／半物理复杂系统仿真概述140

7.5.2 半数字／半物理仿真平台构成141

7.6 基于全物理的复杂系统仿真142

7.6.1 概述142

7.6.2 仿真总体架构图142

7.6.3 全物理仿真拓扑142

7.6.4 全物理仿真平台构成143

7.7 可测试性与故障诊断143

7.7.1 可测试性（testability）的定义143

7.7.2 黑盒测试面临的问题143

7.7.3 故障诊断和健康管理的需求144

7.7.4 软件的可测试性144

7.7.5 可测试性概念下的单机级故障144

7.7.6 故障诊断综合管理子系统145

7.7.7 处置专家子系统146

7.7.8 可测试性及故障注入子系统146

7.8 复杂系统测试应用适用性147

7.8.1 适用性147

7.8.2 局限性147

第8章 新一代系统论及其基础上的人／机／物工程管理148

8.1 第二次软件危机——复杂性引起148

8.1.1 软件工程概念的提出148

8.1.2 工程与软件工程的概念148

8.1.3 软件工程的具体含义149

8.1.4 软件工程活动149

8.1.5 软件工程原则149

8.1.6 软件工程的基本原理149

8.1.7 软件工程生命周期150

8.1.8 软件工程框架150

8.1.9 软件工程目标150

8.1.10 软件工程本质特征151

8.1.11 软件工程的技术和方法151

8.1.12 结构化与面向对象151

8.1.13 软件开发工具和环境概念152

8.1.14 软件开发过程和软件项目管理概念152

8.1.15 软件工程中的技术复审和管理复审152

8.1.16 软件工程学152

8.1.17 结论154

8.1.18 总结与发展154

8.2 嵌入式系统及其软件工程的困境154

8.2.1 从F-22、F-35说起154

8.2.2 F-35战斗机157

8.3 系统工程160

8.3.1 系统工程的概念起自对整体的看法160

8.3.2 系统工程161

8.3.3 系统工程定义162

8.3.4 系统工程的特点163

8.4 更一般性的广泛思考164

8.4.1 再论系统工程164

8.4.2 新的发展对系统工程的要求165

8.5 国学指导下的方法论及新一代系统工程171

8.5.1 嵌入式复杂系统困境171

8.5.2 系统工程在嵌入式系统及其软件中的实践与应用172

8.5.3 超系统论与太极盒173

8.5.4 基于需求的嵌入式人／工程两化融合管理解决方案173

第9章 理论结合实践——工具平台及其实施177

9.1 典型工具平台177

9.1.1 全数字仿真工具177

9.1.2 半数字／半物理仿真测试工具187

9.1.3 嵌入式在环的全物理仿真测试工具192

9.1.4 复杂系统工具203

9.1.5 嵌入式工程人／机／物管理工具205

9.2 以服务为实施理论和工具平台的媒介208

9.2.1 嵌入式公共服务平台208

9.2.2 云计算服务平台方式209

附录1 TCL脚本语言教程211

1.1 概述211

1.1.1 TCL背景211

1.1.2 定义211

1.1.3 TCL结构图（图中的黑方块代表组件）212

1.1.4 TCL语言特点212

1.2 TCL基础213

1.2.1 交互方式213

1.2.2 非交互方式213

1.2.3 TCL与C++、Java的区别214

1.3 TCL语法214

1.3.1 命令结构214

1.3.2 TCL核心命令215

1.3.3 注释215

1.3.4 数据类型216

1.3.5 变量216

1.3.6 引用和置换217

1.3.7 字符串操作218

1.3.8 表达式综述220

1.3.9 数字、数学表达式和数学函数的操作220

1.3.10 控制结构221

1.3.11 数组变量224

1.3.12 过程和作用域226

1.3.13 输入输出229

1.3.14 规则表达式231

附录2 卫星导航定位与位置服务产品及软件测评233

2.1 卫星导航定位233

2.1.1 全球导航卫星系统233

2.1.2 北斗卫星导航系统234

2.1.3 导航定位产品236

2.2 地图导航定位产品测评236

2.2.1 测评大纲237

2.2.2 检测指标240

2.2.3 检测方法242

2.2.4 导航定位设备技术性能测试244

2.2.5 测评结果判定246

2.3 测评的实施流程246

2.3.1 前期准备246

2.3.2 测评流程和执行246

2.4 室内测试的原理（信号仿真）250

2.4.1 功能251

2.4.2 性能252

2.4.3 软件253

2.5 白盒测试的原理及方法253

2.5.1 相关背景253

2.5.2 技术内容254

2.5.3 应用举例255

附录3 卫星导航定位与位置服务公共云服务平台265

3.1 公共服务平台265

3.1.1 嵌入式公共服务平台265

3.1.2 基于云服务的公共服务平台277

3.1.3 卫星导航定位公共服务278

3.2 云服务平台282

3.2.1 云服务282

3.2.2 卫星导航定位及位置服务公共服务平台284

参考文献292