Embedded System Design: Foundations of Cyber-Physical Systems

تا اواخر دهه 1980، پردازش اطلاعات با رایانه های بزرگ بزرگ و درایوهای نوار بزرگ همراه بود. در طول دهه 1990، این روند به سمت پردازش اطلاعات با رایانه های شخصی یا رایانه های شخصی تغییر کرد. روند به سمت کوچک سازی ادامه دارد و در آینده اکثر سیستم های پردازش اطلاعات را کامپیوترهای موبایل کوچک تشکیل می دهند که بسیاری از آنها در محصولات بزرگتر تعبیه شده و به محیط فیزیکی متصل خواهند شد. از این رو به این نوع سیستم ها سیستم های تعبیه شده می گویند. سیستم های تعبیه شده همراه با محیط فیزیکی خود را سیستم های فیزیکی سایبری می نامند. به عنوان مثال می توان به سیستم هایی مانند تجهیزات حمل و نقل و ساخت اشاره کرد. انتظار می رود که حجم کل بازار سیستم های تعبیه شده به طور قابل توجهی بیشتر از سیستم های پردازش اطلاعات سنتی مانند رایانه های شخصی و رایانه های بزرگ باشد. سیستم های جاسازی شده تعدادی ویژگی مشترک دارند. به عنوان مثال، آنها باید قابل اعتماد، کارآمد باشند، محدودیت های زمان واقعی را برآورده کنند و به رابط های کاربری سفارشی شده (به جای رابط های صفحه کلید و ماوس عمومی) نیاز داشته باشند. بنابراین، منطقی است که اصول مشترک طراحی سیستم های جاسازی شده را در نظر بگیریم.

طراحی سیستم جاسازی شده با مقدمه ای در این زمینه و بررسی مدل ها و زبان های مشخصات برای جاسازی شده و سایبر شروع می شود. -سیستم های فیزیکی این یک نمای کلی از دستگاه‌های سخت‌افزاری مورد استفاده برای چنین سیستم‌هایی را ارائه می‌کند و ملزومات نرم‌افزار سیستم را برای سیستم‌های جاسازی شده، مانند سیستم‌های عامل بلادرنگ، ارائه می‌کند. این کتاب همچنین تکنیک های ارزیابی و اعتبار سنجی برای سیستم های تعبیه شده را مورد بحث قرار می دهد. علاوه بر این، این کتاب مروری بر تکنیک‌های نگاشت برنامه‌های کاربردی به پلتفرم‌های اجرایی ارائه می‌کند. با توجه به اهمیت کارایی منابع، این کتاب همچنین شامل مجموعه‌ای از تکنیک‌های بهینه‌سازی برای سیستم‌های تعبیه‌شده، از جمله تکنیک‌های ویژه کامپایل است. این کتاب با یک بررسی مختصر در مورد آزمایش پایان می‌یابد.

طراحی سیستم جاسازی شده می‌تواند به عنوان یک کتاب درسی برای دوره‌های آموزشی در مورد سیستم‌های جاسازی شده و به‌عنوان منبعی برای ارائه نکاتی به مطالب مرتبط در منطقه برای دانشجویان و معلمان دکتری. این فرض بر دانش اولیه سخت افزار و نرم افزار پردازش اطلاعات است. دروس مرتبط با این کتاب در http://ls12-www.cs.tu-dortmund.de/~marwedel موجود است.

Until the late 1980s, information processing was associated with large mainframe computers and huge tape drives. During the 1990s, this trend shifted toward information processing with personal computers, or PCs. The trend toward miniaturization continues and in the future the majority of information processing systems will be small mobile computers, many of which will be embedded into larger products and interfaced to the physical environment. Hence, these kinds of systems are called embedded systems. Embedded systems together with their physical environment are called cyber-physical systems. Examples include systems such as transportation and fabrication equipment. It is expected that the total market volume of embedded systems will be significantly larger than that of traditional information processing systems such as PCs and mainframes. Embedded systems share a number of common characteristics. For example, they must be dependable, efficient, meet real-time constraints and require customized user interfaces (instead of generic keyboard and mouse interfaces). Therefore, it makes sense to consider common principles of embedded system design.

Embedded System Design starts with an introduction into the area and a survey of specification models and languages for embedded and cyber-physical systems. It provides a brief overview of hardware devices used for such systems and presents the essentials of system software for embedded systems, like real-time operating systems. The book also discusses evaluation and validation techniques for embedded systems. Furthermore, the book presents an overview of techniques for mapping applications to execution platforms. Due to the importance of resource efficiency, the book also contains a selected set of optimization techniques for embedded systems, including special compilation techniques. The book closes with a brief survey on testing.

Embedded System Design can be used as a text book for courses on embedded systems and as a source which provides pointers to relevant material in the area for PhD students and teachers. It assumes a basic knowledge of information processing hardware and software. Courseware related to this book is available at http://ls12-www.cs.tu-dortmund.de/~marwedel.