本書以工業實時操作系統為研究對象，內容主要圍繞工業實時操作系統的核心技術展開，深入探討了工業實時操作系統關鍵技術及發展趨勢分析、安全現狀分析、低功耗調度算法、可靠性協同優化調度算法、多核處理器低功耗調度算法、低功耗數據清洗算法、邊緣計算檢測算法、基于云邊協同的工業實時操作系統任務卸載方法、工業生產線三維檢測與交互算法，以及面向工業實時操作系統的人工智能芯片測評技術，為讀者提供全面的視角和深入的理解。通過閱讀本書，讀者可以掌握工業實時操作系統的核心技術，了解其在工業領域的應用和發展動態，為相關研究和實踐提供有價值的指導。
鄧昌義，國家工業信息安全發展研究中心軟件所副所長，博士，高級工程師，國家重大工業軟件項目技術副總師。研究方向為：工業軟件、數字孿生、人工智能、企業投融資等。IEEE Transactions on Industrial Informatics、Robotics and Computer-integrated Manufacturing等國際期刊特約審稿人。先后主持或參與工業和信息化部、科學技術部、國防科技工業局工業軟件CAM、CAE、PDM、CAPP等方向的國家專項14項。以第一或通訊作者發表SCI、EI學術論文20篇，已授權發明專利14項。
第1章 工業實時操作系統關鍵技術及發展趨勢分析1
1.1 相關研究概述1
1.2 國內外主要產品2
1.2.1 國外主要產品2
1.2.2 國內主要產品3
1.3 工業實時操作系統關鍵技術5
1.3.1 實時操作系統內核5
1.3.2 中間件層8
1.3.3 輔助設計工具8
1.4 工業協議9
1.4.1 協議功能9
1.4.2 協議分類10
1.4.3 協議特點11
1.5 應用場景12
1.5.1 造紙行業（流程型）12
1.5.2 煉化行業（流程型）13
1.5.3 日化行業（離散型）13
1.5.4 材料加工行業（離散型）13
1.6 發展趨勢14
1.6.1 輕量化趨勢14
1.6.2 虛擬化及云化趨勢14
1.6.3 跨平臺移植及網絡化應用15
1.7 本章參考文獻15
第2章 工業實時操作系統安全現狀分析18
2.1 相關研究概述18
2.2 典型工業實時操作系統體系結構18
2.2.1 SCADA系統18
2.2.2 DCS系統20
2.2.3 PLC系統21
2.2.4 OCNC系統22
2.2.5 DNC系統25
2.2.6 Robot系統29
2.3 工業實時操作系統安全問題34
2.3.1 安全威脅分析34
2.3.2 標準協議及技術36
2.3.3 互聯接入的持續增長36
2.3.4 具有欺詐性的鏈接37
2.3.5 公共信息37
2.4 工業操作系統安全防護要點38
2.4.1 管理保障38
2.4.2 物理防護39
2.4.3 入侵判斷41
2.4.4 入侵防御41
2.5 工業實時操作系統攻擊場景42
2.5.1 通過現場總線響應延遲漏洞攻擊模擬42
2.5.2 通過控制以太網交換設備攻擊模擬45
2.5.3 通過工業控制網絡網關攻擊48
2.5.4 對工業控制無線網絡的攻擊49
2.5.5 Havex——專門針對工業控制系統的新型攻擊50
2.5.6 其他典型領域場景52
2.6 工業實時操作系統視角下的車聯網系統安全性分析54
2.6.1 車聯網系統安全概述54
2.6.2 工業實時操作系統視角下的車聯網56
2.7 本章參考文獻61
第3章 工業實時操作系統低功耗調度算法62
3.1 相關研究概述62
3.2 引入關鍵速度的LA-EDF-CRITICAL算法63
3.2.1 任務模型63
3.2.2 引入關鍵速度的LA-EDF-CRITICAL算法介紹64
3.2.3 實驗與分析66
3.3 面向硬實時系統的零星任務低功耗調度算法67
3.3.1 任務模型67
3.3.2 研究動機68
3.3.3 DVSSTSTA算法70
3.3.4 實驗與分析73
3.4 基于平衡因子的動態偶發任務低功耗調度算法74
3.4.1 任務模型74
3.4.2 研究動機75
3.4.3 平衡因子算法77
3.4.4 動態偶發任務低功耗調度算法介紹79
3.4.5 動態功耗對比實例81
3.4.6 LP-DSAFST算法可調度性分析82
3.4.7 實驗與分析84
3.5 本章參考文獻88
第4章 面向工業實時操作系統的可靠性協同優化調度算法91
4.1 相關研究概述91
4.2 基于滑動窗口的低功耗高可靠調度算法92
4.2.1 基于滑動窗口的低功耗高可靠調度算法的模型92
4.2.2 問題定義95
4.2.3 低能耗與可靠性優化調度算法95
4.2.4 實驗結果與分析105
4.3 工業實時操作系統的低功耗和可靠性協同優化算法110
4.3.1 任務模型與能耗模型110
4.3.2 低能耗與可靠性協同優化調度算法113
4.3.3 能耗與可靠性實例分析118
4.3.4 實驗與分析122
4.4 本章參考文獻125
第5章 工業實時操作系統多核處理器低功耗調度算法127
5.1 相關研究概述127
5.2 多核處理器低功耗調度算法介紹128
5.2.1 混合任務系統調度模型129
5.2.2 EARTAMT算法129
5.3 實例分析134
5.4 實驗與分析136
5.4.1 總利用率136
5.4.2 非周期任務負載138
5.5 本章參考文獻139
第6章 工業實時操作系統低功耗數據清洗算法140
6.1 相關研究概述140
6.2 系統信息模型141
6.2.1 系統調度模型141
6.2.2 能耗模型142
6.2.3 數據模型143
6.3 低功耗數據清洗算法介紹143
6.3.1 數據交換標準：MTConnect143
6.3.2 網內節能數據清洗算法144
6.3.3 匯聚節點通信的低功耗協議148
6.4 實例分析149
6.5 實驗與分析150
6.5.1 數據清洗實驗150
6.5.2 HMS-CPMTS的能耗實驗152
6.6 本章參考文獻153
第7章 面向工業實時操作系統的邊緣計算檢測算法156
7.1 相關研究概述156
7.1.1 數字孿生156
7.1.2 邊緣計算156
7.2 邊緣計算檢測算法介紹157
7.2.1 一元離群點邊緣計算檢測算法159
7.2.2 多元參數關系的邊緣計算檢測算法160
7.3 原型開發162
7.3.1 MTConnect代理163
7.3.2 MTConnect適配器163
7.3.3 局部DT164
7.3.4 云中DT165
7.4 算法實驗167
7.4.1 測試驗證集167
7.4.2 異常檢測結果分析169
7.4.3 邊緣計算和云計算耗時171
7.5 本章參考文獻172
第8章 基于云邊協同的工業實時操作系統任務卸載方法175
8.1 相關研究概述175
8.2 云邊協同方法176
8.2.1 系統模型176
8.2.2 卸載策略178
8.3 案例研究182
8.3.1 物理裝置和實驗環境183
8.3.2 網絡層：MTDT建模和部署184
8.3.3 應用層：刀具PHM187
8.4 本章參考文獻188
第9章 工業生產線三維檢測與交互算法190
9.1 相關研究190
9.2 問題描述與方案191
9.3 數字孿生模型192
9.3.1 離線靜態模型193
9.3.2 在線動態投票環節195
9.4 實驗與驗證199
9.4.1 實驗平臺199
9.4.2 實驗結果與分析199
9.5 本章參考文獻201
第10章 面向工業實時操作系統的人工智能芯片測評技術204
10.1 相關研究概述204
10.1.1 人工智能芯片的分類204
10.1.2 人工智能芯片的衡量和評價指標206
10.1.3 人工智能芯片的測評方法207
10.2 人工智能芯片測評研究現狀207
10.2.1 架構層面的測評研究現狀207
10.2.2 應用層面的測評研究現狀208
10.2.3 測評研究綜合分析210
10.3 未來研究趨勢210
10.3.1 加強架構層面的測評研究210
10.3.2 建立靈活的測評方法研究211
10.3.3 開展基于新興器件的測評研究211
10.4 本章參考文獻211
結束語213
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