实时通信网络是在嵌入式系统高度发展的基础上形成的一个新主题，已被广泛应用于测量与控制领域。本书系统地介绍了嵌入式系统实时通信网络的产生背景、理论与技术基础，深入揭示了导致实时通信网络多样化的媒体访问控制技术和全局时间同步技术，并按现有多种网络标准的形成顺序，从网络的技术特点、规范、工作原理、总线接口电路设计及网络化控制系统设计与应用等方面，较全面地阐述了控制器局域网、局域互联网络、FlexRay、音频/视频总线，同时也给出了这些网络的互联技术，及其与它网络标准之间的主要区别。本书在编写过程中广泛吸取了实时通信网络方面的最新成果，全书内容自成体系，结构紧凑，前后呼应，具有一定的先进性、系统性和实用性。本书可作为高等院校测控技术、自动化、汽车工程、信息工程、微电子、计算机应用、电气工程和机电一体化等专业高年级本科生、研究生的教材，也可作为从事嵌入式系统实时通信网络研究与应用的科技人员的参考书。
张凤登：上海理工大学教授，上海市自动化学会常务理事，中国仪器仪表学会过程检测控制仪表分会常务理事，中国人工智能学会自然计算与数字智能城市专业委员会委员，中国仪器仪表学会嵌入式仪表及系统技术分会理事，中国仪器仪表学会教育工作委员会委员，《自动化仪表》期刊编委，先后主持或合作完成来自省、市、部及企事业单位的各类教学与科研项目36项，获得机械工业部科技进步三等奖2项、科技成果推广应用荣誉证书2项、发明专利3项、实用新型专利6项、软件著作权2项，发表论文121篇，出版著4部。
第1章 概述 （1）
1.1 嵌入式系统实时通信网络的相关概念 （2）
1.1.1 系统 （2）
1.1.2 实时 （2）
1.1.3 实时系统 （2）
1.1.4 实时通信网络 （3）
1.1.5 嵌入式实时系统 （4）
1.1.6 嵌入式系统网络化 （6）
1.2 安全性 （6）
1.2.1 安全性的定义 （7）
1.2.2 安全标准 （7）
1.2.3 功能安全的实现 （10）
1.2.4 安全认证 （10）
1.3 电磁兼容性 （12）
1.3.1 放射测试 （12）
1.3.2 抗扰度测试 （14）
1.4 工业电子设备的环境要求 （17）
1.4.1 恒温条件 （18）
1.4.2 温度波动与温度阶跃测试 （18）
1.4.3 温度循环测试 （18）
1.4.4 冰水冲击测试 （20）
1.4.5 盐雾测试 （20）
1.4.6 循环湿热测试 （21）
1.4.7 灰尘测试 （21）
1.5 业务与成本驱动因素 （21）
1.5.1 组件可用性 （22）
1.5.2 成本考量 （23）
1.6 嵌入式系统实时通信网络的形成与发展 （25）
1.6.1 嵌入式系统实时通信网络简史 （25）
1.6.2 嵌入式系统实时通信网络分类 （28）
1.6.3 功能与影响因素的进一步细化 （30）
1.6.4 在两个世界的交集中不断进步 （31）
习题 （32）
第2章 网络基础知识 （33）
2.1 网络的基本特征 （33）
2.1.1 网络协议及分层的概念 （34）
2.1.2 电路交换与分组交换 （35）
2.1.3 面向连接协议与无连接协议 （36）
2.1.4 报文 （38）
2.1.5 报文格式 （39）
2.1.6 报文的传输和寻址方法 （40）
2.1.7 网络运行模式和角色 （41）
2.1.8 网络设备之间的基本通信方式 （44）
2.2 网络拓扑结构 （45）
2.2.1 点对点拓扑 （46）
2.2.2 总线形拓扑 （46）
2.2.3 菊花链形拓扑 （46）
2.2.4 星形拓扑 （47）
2.2.5 环形拓扑 （47）
2.2.6 树形拓扑 （48）
2.2.7 网形拓扑 （48）
2.3 网络类型和规模 （48）
2.3.1 网络分类 （49）
2.3.2 常用网络规模术语 （50）
2.3.3 因特网、内联网和外联网 （51）
2.4 网络性能及相关概念 （52）
2.4.1 性能度量术语和单位 （52）
2.4.2 影响网络实际性能的主要因素 （55）
2.4.3 影响网络性能的关键非性能特征 （55）
2.5 开放系统互联参考模型 （56）
2.5.1 模型的分层 （57）
2.5.2 开放系统互联环境 （58）
2.5.3 协议、服务与服务访问点 （59）
2.5.4 信息传送单元 （63）
2.5.5 间接设备连接与报文路由 （64）
2.5.6 各层的主要功能及其交互 （65）
2.5.7 OSI参考模型各层的主要特点汇总 （72）
习题 （73）
第3章 媒体访问控制技术 （75）
3.1 媒体访问控制技术概述 （75）
3.2 轮叫探询法 （76）
3.2.1 轮叫探询法工作原理 （77）
3.2.2 轮叫探询法性能 （77）
3.3 时分多路访问法 （81）
3.3.1 时分多路访问原理 （81）
3.3.2 时分多路访问性能 （82）
3.3.3 柔性时分多路访问 （83）
3.4 CSMA/CD法 （84）
3.4.1 CSMA/CD工作原理 （85）
3.4.2 CSMA/CD性能分析 （88）
3.5 CSMA/CA法 （89）
3.5.1 CSMA/CA工作原理 （90）
3.5.2* CSMA/CA性能分析 （93）
习题 （97）
第4章 全局时间同步 （99）
4.1 时间顺序与标准 （99）
4.1.1 时间顺序 （99）
4.1.2 时间标准 （100）
4.2 时钟 （101）
4.2.1 物理时钟 （102）
4.2.2 参考时钟 （103）
4.2.3 时钟漂移 （104）
4.2.4 时钟的失效模式 （104）
4.2.5 时钟精密度与准确度 （105）
4.2.6 实际应用中的时钟微节拍 （106）
4.3 时间测量 （107）
4.3.1 全局时间 （107）
4.3.2 时间间隔测量 （109）
4.3.3 ??/?-领先 （109）
4.3.4 时间测量的基本限制 （110）
4.4 密集时基与稀疏时基 （111）
4.4.1 密集时基 （111）
4.4.2 稀疏时基 （112）
4.4.3 时空点阵 （113）
4.4.4 时间的循环表示形式 （113）
4.5 内部时钟同步 （114）
4.5.1 同步条件 （114）
4.5.2 中央主节点同步算法 （115）
4.5.3 分布式容错同步算法 （116）
4.5.4 速率修正与状态修正 （120）
4.6 外部时钟同步 （121）
4.6.1 运行原理 （121）
4.6.2 时间格式 （122）
4.6.3 时间网关 （122）
习题 （123）
第5章 控制器局域网 （124）
5.1 CAN的形成及主要特点 （124）
5.1.1 CAN的形成背景 （124）
5.1.2 CAN总线的体系结构 （126）
5.1.3 CAN的原始文件和标准 （127）
5.1.4 CAN的主要特点 （128）
5.2 CAN报文格式 （129）
5.2.1 数据帧 （129）
5.2.2 远程帧 （132）
5.2.3 出错帧 （132）
5.2.4 超载帧 （133）
5.2.5 帧间空间 （134）
5.3 媒体访问与仲裁 （134）
5.3.1 非破坏性仲裁过程 （135）
5.3.2 关于标识符的补充说明 （136）
5.3.3* CAN仲裁协议的报文优先级确定方法 （136）
5.4 CAN物理层 （137）
5.4.1 位编码与位填充 （138）
5.4.2 位的时间组成与采样 （139）
5.4.3 位同步 （140）
5.4.4* CAN总线的信号传播 （142）
5.4.5* 媒体、位速率和网络长度之间的关系 （145）
5.4.6 CAN总线的电气连接 （146）
5.5 CAN错误检测与错误处理 （148）
5.5.1 错误类型 （148）
5.5.2 节点错误状态 （149）
5.5.3 错误界定规则 （149）
5.5.4 节点状态转换 （150）
5.6 标准CAN的扩展 （150）
5.6.1 CAN 2.0B （151）
5.6.2 CAN-FD （152）
5.7 CAN组件 （154）
5.7.1 CAN组件类型 （155）
5.7.2 CAN控制器 （156）
5.7.3 CAN总线收发器 （164）
5.8 CAN节点的实现 （167）
5.8.1 CAN节点硬件构成 （167）
5.8.2 CAN节点通信程序设计 （167）
5.9 CAN开发工具和网络系统设计 （174）
5.9.1 CAN总线网络设计步骤 （174）
5.9.2 CAN报文格式分析工具—CANscope （175）
5.9.3 CAN总线系统开发、测试和分析工具—CANoe （178）
5.9.4 车体电子系统CAN总线通信网络设计 （183）
习题 （187）
第6章 本地互联网络 （190）
6.1 LIN的形成及其主要特点 （190）
6.1.1 引入LIN前后的多路传输结构 （190）
6.1.2 LIN的主要发展阶段 （191）
6.1.3 LIN总线的体系结构 （191）
6.1.4 LIN规范的文件 （192）
6.1.5 LIN的主要特点 （192）
6.2 LIN通信帧格式 （193）
6.2.1 断点场 （195）
6.2.2 同步场 （195）
6.2.3 标识符场 （195）
6.2.4 数据场 （198）
6.2.5 校验和 （198）
6.3 LIN总线媒体访问控制 （199）
6.3.1 总线访问 （199）
6.3.2 调度表 （200）
6.3.3 各类帧的传输 （201）
6.3.4 任务状态机 （204）
6.4 LIN物理层 （205）
6.4.1 位编码 （206）
6.4.2 位速率及其容差 （206）
6.4.3 位定时与位采样 （207）
6.4.4 物理线路接口 （209）
6.5 网络休眠与唤醒 （211）
6.5.1 通信状态图 （211）
6.5.2 休眠 （211）
6.5.3 唤醒 （212）
6.6 错误检测与错误处理 （213）
6.6.1 LIN错误类型 （213）
6.6.2 节点内部报告 （214）
6.6.3 错误界定 （214）
6.7 LIN组件 （215）
6.7.1 协议控制器 （215）
6.7.2 LIN收发器 （216）
6.7.3 LIN节点设计实例 （219）
6.8 LIN开发工具及应用系统设计实例 （228）
6.8.1 LIN 开发工具 （229）
6.8.2 车窗升降控制系统设计 （230）
习题 （233）
第7章 FlexRay总线 （234）
7.1 FlexRay的起源及主要特点 （235）
7.1.1 FlexRay的形成与发展 （235）
7.1.2 FlexRay总线的体系结构 （237）
7.1.3 FlexRay的主要特点及用途 （238）
7.2 通信循环 （238）
7.2.1 静态段与时隙 （240）
7.2.2 动态段与微时隙 （241）
7.2.3 符号窗 （242）
7.2.4 网络空闲时间 （243）
7.3 FlexRay通信帧 （243）
7.3.1 通信帧格式 （244）
7.3.2 通信帧在时隙和微时隙中的封装 （247）
7.3.3 静态帧的最大长度 （254）
7.4 FlexRay协议的媒体访问控制 （255）
7.4.1 通信循环的实施 （256）
7.4.2 媒体访问方法 （258）
7.4.3 媒体访问条件 （260）
7.4.4 关于双通道应用的补充说明 （262）
7.5 FlexRay时间同步 （263）
7.5.1 FlexRay的计时层次 （264）
7.5.2 网络时间同步方面的要求 （265）
7.5.3 时间同步问题的解决方案 （267）
7.6 FlexRay物理层 （275）
7.6.1 FlexRay信号的创建 （276）
7.6.2 FlexRay信号的传输 （278）
7.6.3 FlexRay信号的接收 （281）
7.7 网络唤醒、启动和错误管理 （284）
7.7.1 网络唤醒 （284）
7.7.2 网络启动 （286）
7.7.3 错误管理 （289）
7.8 典型节点结构与网络电子组件 （291）
7.8.1 FlexRay节点结构 （291）
7.8.2 FlexRay协议控制器 （294）
7.8.3 总线驱动器 （295）
7.8.4 有源星 （299）
7.8.5 总线监控器 （301）
7.9 FlexRay总线的开发与应用 （301）
7.9.1 FlexRay总线仿真与测试工具 （301）
7.9.2 FlexRay与AUTOSAR （305）
7.9.3 FlexRay应用实例 （306）
习题 （310）
第8章 音频／视频总线 （312）
8.1 音频／视频总线概述 （312）
8.1.1 I2C总线 （312）
8.1.2 D2B总线 （313）
8.1.3 专用音频／视频总线 （316）
8.2 MOST总线的形成及主要特点 （316）
8.2.1 MOST总线的起源及主要发展阶段 （316）
8.2.2 MOST总线体系结构 （317）
8.2.3 MOST总线的主要特点 （317）
8.3 报文格式和媒体访问控制方法 （318）
8.3.1 帧起始 （319）
8.3.2 边界描述符 （319）
8.3.3 同步通道 （319）
8.3.4 异步通道 （320）
8.3.5 控制通道 （322）
8.3.6 帧状态和校验位 （324）
8.3.7 关于媒体访问控制技术的说明 （324）
8.4 MOST物理层 （325）
8.4.1 传输媒体 （325）
8.4.2 数据传输速率和编码 （326）
8.4.3 MOST拓扑结构 （326）
8.5 MOST总线的网络错误与错误处理 （327）
8.5.1 光学事件 （327）
8.5.2 过热（Over-Temperature） （328）
8.5.3 欠电压（Undervoltage） （328）
8.5.4 网络变更事件 （329）
8.6 MOST组件、开发工具和应用 （329）
8.6.1 MOST组件 （329）
8.6.2 MOST系统开发工具 （330）
8.6.3 MOST总线在汽车DVD播放系统中的应用 （331）
8.6.4 MOST总线与FireWire总线的比较 （332）
习题 （332）
第9章 总线系统连接与开发 （333）
9.1 实时通信网络的应用选择 （333）
9.1.1 实时通信网络的比较 （333）
9.1.2 简单解决方案 （335）
9.1.3 复杂解决方案 （335）
9.2 系统级模块及其故障防护SBC （336）
9.2.1 系统级模块的分类 （336）
9.2.2 系统基础芯片法 （337）
9.2.3 故障防护SBC法 （337）
9.2.4 设计故障防护SBC的基本原则 （339）
9.2.5 故障防护SBC （347）
9.3 中继器 （350）
9.3.1 网络中出现中继器的原因 （350）
9.3.2 中继器使用中应注意的问题 （351）
9.4 网关 （352）
9.4.1 不同速率之间的网关 （353）
9.4.2 不同媒体之间的网关 （355）
9.4.3 不同总线之间的网关 （355）
9.5 V模式开发流程 （357）
9.5.1 V模式 （357）
9.5.2 总线网络V模式开发流程 （358）
9.5.3 总线网络系统开发流程的分级 （361）
习题 （361）
附录A 排队系统基础 （362）
A.1 稳定状态下的数据流 （362）
A.1.1 李特尔定律 （362）
A.1.2 通信量强度 （363）
A.2 M/G/1排队模型 （365）
A.2.1 泊松过程 （365）
A.2.2 扑拉切克-辛钦公式 （366）
附录B 非抢占式FP调度的最坏情形和可行性测试 （369）
B.1 活跃期 （369）
B.2 最坏情形 （369）
B.3 FP可行性条件 （370）
B.4 可行性测试 （370）
B.5 数学提示 （371）
附录C CAPL简介 （372）
C.1 数据类型 （372）
C.2 控制信息访问 （372）
C.3 重要CAPL函数 （372）
附录D 缩写词 （375）
参考文献 （377）
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