实时嵌入式系统理论与分析

实时嵌入式系统理论与分析

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本课程是实时嵌入式系统专项课程的一部分

位教师：Sam Siewert

6,534 人已注册

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4个模块

深入了解一个主题并学习基础知识。

4.1

（17 条评论）

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6 周在 10 小时一周

自行安排学习进度

攻读学位

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您将学到什么

动态优先实时服务可行性分析方法
控制无约束优先反演问题的方法
避免僵局并从僵局中恢复
避免和恢复无限制的优先权倒置

您将获得的技能

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作业

4 项作业

授课语言：英语（English）

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积累特定领域的专业知识

本课程是实时嵌入式系统专项课程专项课程的一部分

在注册此课程时，您还会同时注册此专项课程。

向行业专家学习新概念
获得对主题或工具的基础理解
通过实践项目培养工作相关技能
获得可共享的职业证书

该课程共有4个模块

本课程也可作为 ECEA 5316（中大博尔德电子工程理学硕士学位课程的一部分）的学分课程。本课程深入全面地介绍了调度策略的数学推导和复习模型，以及通过手动和速率单调工具确定可行性，并与在本地 Linux 系统上运行的实时调度线程的实际性能进行了比较。课程结束时，学员将能够完整地推导出固定优先级速率单调性可行性的最小上界，并证明速率单调性策略的合理性，还将能够与动态优先级调度（包括最早截止日期优先和最不松懈策略）进行比较。

课程结束时，学员将能够完全推导和解释速率单调最小上界的数学模型，并对固定和动态优先级软件服务进行时序图分析。还将学习提供分析的工具（Cheddar），以自动进行时序分析并与实际性能进行比较。具体目标包括： ● 速率单调理论（完整的数学模型） ● 固定优先级速率单调策略与动态优先级最早截止时间优先策略和最宽松策略之间的差异 ● 为多频率执行器、优先级抢占式 RTOS 服务和传统操作系统（Linux）上的实时线程服务编写代码的调度理论和实践 ● 使用排序和方法在 Raspberry Pi 3b 上使用 POSIX 实时扩展构建一个简单的 Linux 多服务系统，以记录和验证理论与实践之间的一致性 ● 使用 Cheddar 生成和分析时序图

在本模块结束时，您将能够分析 "速率单调性最小上界条件 "所涉及的数学问题及其挑战和替代方案。本模块还包括对RM调度策略的扩展，即截止时间单调性调度策略，以及为确定速率单调性调度策略的确切可行性而实施的完成测试。编程作业将提供实时服务的系统级实施，并确定最佳调度策略，以满足所设计的实时系统的最后期限及其权衡。

涵盖的内容

14个视频10篇阅读材料1个作业3个编程作业3次同伴评审1个讨论话题

14个视频总计190分钟

课程假设的实时知识和概述12分钟
代码演练：用于跟踪和自动分级分配的 Syslog7分钟
费率单调性固定优先政策与最优性（回顾）9分钟
最小上限值内的速率单调调度12分钟
固定优先级 RM 政策的挑战和替代方案16分钟
费率单调政策的期限单调性扩展10分钟
截止日期驱动调度：使用动态优先级备选方案14分钟
RM LUB 衍生 - 简介12分钟
推动 RM 最小上界的两种情况12分钟
RM 最小上限交叉点10分钟
RM 最小上限值推导 - 结论22分钟
通过最坏情况分析（精确检验）确定必要和充分可行性11分钟
带调度点的费率单调政策的精确可行性24分钟
利用完成度测试实现速率单调性的精确可行性12分钟

10篇阅读材料总计203分钟

非学分制学生：欢迎和帮助10分钟
额外帮助：家庭实验室设置10分钟
同行评审代码演练10分钟
代码质量同行评审指南10分钟
代码：中大博尔德 Linux 示例代码 - 公开10分钟
教科书：使用 Linux 和 RTOS 的 RTECS10分钟
示例介绍 Makefile 的基本技能10分钟
RM、EDF 和 LLF 的定时分析示例10分钟
阅读、复习和理解 RMA 原文中的派生词（Liu 和 Layland）120分钟
可选：速率单调性精确分析3分钟

1个作业总计30分钟

Module 1 | RM 最小上界推导的关键步骤30分钟

3个编程作业总计540分钟

作业 1：时序图仿真 - 非谐波、低于 LUB、可行、裕度（安全）180分钟
作业 2：时序图仿真 - 非谐波、高于 LUB、可行、边际（安全）180分钟
作业 3：时序图仿真 - RM 成功，公平失败180分钟

3次同伴评审总计180分钟

作业 1：时序图仿真 - 非谐波、低于 LUB、可行、边际（安全）60分钟
作业 2：时序图仿真 - 非谐波、高于 LUB、可行、边际（安全）60分钟
作业 3：时序图仿真 - RM 成功，公平失败60分钟

1个讨论话题总计10分钟

自我介绍10分钟

在本模块结束时，学员将能够描述实时服务的设计模式，描述实现过程中遇到的挑战（如无限制阻塞），并描述正常操作--ISR 与每个线程或任务之间的服务同步请求、初始化、保持更新、错误处理和终止。

涵盖的内容

15个视频2篇阅读材料1个作业3个编程作业3次同伴评审

15个视频总计228分钟

RM 政策与轮询政策的比较14分钟
RM 固定优先级调度时序图创建的调用方法7分钟
更复杂的 RM 时序图11分钟
谐波情况下的时序图6分钟
全公用谐波情况下的时序图6分钟
比较 RM 和 EDF 的时序图示例14分钟
POSIX RT 扩展支持16分钟
通用设计模式第 1 部分：AMP RT 功能、服务和系统19分钟
通用设计模式第 2 部分：多核心、多服务 AMP 系统19分钟
实施模式：使用 POSIX RT 线程、间隔定时器和信号的周期性服务19分钟
用于同步和数据共享的消息队列17分钟
代码演练：POSIX RT 功能演示9分钟
确定最坏情况执行时间 (WCET) 的方法26分钟
世界城市和交通教育会议（WCET）加速赶工期的方法24分钟
服务请求周期抖动和漂移14分钟

2篇阅读材料总计183分钟

在 Linux、QNX、Solaris、FreeBSD 等系统中对 POSIX - 1003.1 进行 RT 扩展。180分钟
POSIX 1003.1 RT 扩展的可选资源3分钟

1个作业总计30分钟

Modulation 2 | 使用 RMA、调度点、完成测试实现服务和实时入场30分钟

3个编程作业总计540分钟

作业 4：时序图仿真 - 非谐波、高于 LUB、不可行180分钟
作业 5：时序图仿真 - 谐波、高于 LUB、可行、零边距（不安全）180分钟
作业 6：时序图仿真 - 非谐波、RM 故障、DM 成功180分钟

3次同伴评审总计180分钟

作业 4：时序图仿真 - 非谐波、高于 LUB、不可行60分钟
作业 5：时序图仿真 - 谐波、高于 LUB、可行、零边距（不安全）60分钟
作业 6：时序图仿真 - 非谐波、RM 故障、DM 成功60分钟

通过本模块的学习，学员将了解何时使用动态优先级策略、动态优先级策略在软实时方面的优势、错误检测和恢复方面的劣势、可行性确定方面的挑战以及与固定优先级相比的效率。

涵盖的内容

6个视频4篇阅读材料1个作业1个编程作业1次同伴评审

6个视频总计72分钟

动态优先级的优势以及何时使用 EDF17分钟
动态优先级的缺点以及何时不应使用 EDF10分钟
动态、自适应调度的优势：何时使用 LLF12分钟
动态自适应调度的缺点：何时不应使用 LLF3分钟
EDF 和 LLF 故障模式和恢复的最终比较11分钟
切达工具简介和概述17分钟

4篇阅读材料总计210分钟

利率单调性与 EDF - 裁判日论文180分钟
EDF 基础知识》一书和主要论文10分钟
参考文献关键最小松弛度第一论文10分钟
Cheddar 3.2 工具和示例已更新！10分钟

1个作业总计30分钟

Module 3 | 最早期限优先，最不松懈优先30分钟

1个编程作业总计180分钟

作业 7：时序图仿真 - 非谐波、RM 故障、EDF 和 LLF 成功180分钟

1次同伴评审总计120分钟

作业 7：时序图仿真 - 非谐波、RM 故障、EDF 和 LLF 成功120分钟

本模块结束时，学习者将能够描述 CPU 之外的资源（内存、I/O 和存储）使用问题，以及如何避免问题或从问题中恢复

涵盖的内容

12个视频2篇阅读材料1个作业2次同伴评审

12个视频总计152分钟

与 RTOS 相比的 Linux 同步方法说明17分钟
发布服务的有界拦截6分钟
有界阻塞和执行效率对 RT 系统的影响24分钟
无边界阻塞的定义和根本原因示例17分钟
代码演练：循环等待 - 死锁演示5分钟
代码演练：你能想到在超时后打破僵局的简单方法吗？4分钟
审查 Semaphore 的使用和关键部分 (C.S.) 的必要性4分钟
代码演练：无界优先级反转演示8分钟
优先级继承、优先级上限和优先级上限模拟19分钟
火星探路者问题 - 最近接近火星前 3 天滚动重置18分钟
火星探路者号根源分析9分钟
火星探路者 - 错误定位和修复16分钟

2篇阅读材料总计250分钟

优先级反转（无限制）和优先级继承协议240分钟
选修：实时 Linux 的演变10分钟

1个作业总计30分钟

Module 4 | 线程同步30分钟

2次同伴评审总计360分钟

Linux 没有优先级继承或上限协议 - 为什么？有什么办法？180分钟
火星探路者号到底发生了什么？为什么会有多种说法？180分钟

获得职业证书

将此证书添加到您的 LinkedIn 个人资料、简历或履历中。在社交媒体和绩效考核中分享。

攻读学位

课程是 University of Colorado Boulder提供的以下学位课程的一部分。如果您被录取并注册，您已完成的课程可计入您的学位学习，您的学习进度也可随之转移。

位教师

Sam Siewert

University of Colorado Boulder

4 门课程23,242 名学生

提供方

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Felipe M.

自 2018开始学习的学生

''能够按照自己的速度和节奏学习课程是一次很棒的经历。只要符合自己的时间表和心情，我就可以学习。'

Jennifer J.

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Larry W.

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已于 Apr 5, 2022审阅

Very nice and interesting course. The Professor is an enthusiast and his lessons are very well structured. His preparation and knowledge can be clearly felt from its way of teaching.

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