本书以工业实时操作系统为研究对象，内容主要围绕工业实时操作系统的核心技术展开，深入探讨了工业实时操作系统关键技术及发展趋势分析、安全现状分析、低功耗调度算法、可靠性协同优化调度算法、多核处理器低功耗调度算法、低功耗数据清洗算法、边缘计算检测算法、基于云边协同的工业实时操作系统任务卸载方法、工业生产线三维检测与交互算法，以及面向工业实时操作系统的人工智能芯片测评技术，为读者提供全面的视角和深入的理解。通过阅读本书，读者可以掌握工业实时操作系统的核心技术，了解其在工业领域的应用和发展动态，为相关研究和实践提供有价值的指导。

邓昌义，国家工业信息安全发展研究中心软件所副所长，博士，高级工程师，国家重大工业软件项目技术副总师。研究方向为：工业软件、数字孪生、人工智能、企业投融资等。IEEE Transactions on Industrial Informatics、Robotics and Computer-integrated Manufacturing等国际期刊特约审稿人。先后主持或参与工业和信息化部、科学技术部、国防科技工业局工业软件CAM、CAE、PDM、CAPP等方向的国家专项14项。以第一或通讯作者发表SCI、EI学术论文20篇，已授权发明专利14项。

第1章 工业实时操作系统关键技术及发展趋势分析1
1.1 相关研究概述1
1.2 国内外主要产品2
1.2.1 国外主要产品2
1.2.2 国内主要产品3
1.3 工业实时操作系统关键技术5
1.3.1 实时操作系统内核5
1.3.2 中间件层8
1.3.3 辅助设计工具8
1.4 工业协议9
1.4.1 协议功能9
1.4.2 协议分类10
1.4.3 协议特点11
1.5 应用场景12
1.5.1 造纸行业（流程型）12
1.5.2 炼化行业（流程型）13
1.5.3 日化行业（离散型）13
1.5.4 材料加工行业（离散型）13
1.6 发展趋势14
1.6.1 轻量化趋势14
1.6.2 虚拟化及云化趋势14
1.6.3 跨平台移植及网络化应用15
1.7 本章参考文献15
第2章 工业实时操作系统安全现状分析18
2.1 相关研究概述18
2.2 典型工业实时操作系统体系结构18
2.2.1 SCADA系统18
2.2.2 DCS系统20
2.2.3 PLC系统21
2.2.4 OCNC系统22
2.2.5 DNC系统25
2.2.6 Robot系统29
2.3 工业实时操作系统安全问题34
2.3.1 安全威胁分析34
2.3.2 标准协议及技术36
2.3.3 互联接入的持续增长36
2.3.4 具有欺诈性的链接37
2.3.5 公共信息37
2.4 工业操作系统安全防护要点38
2.4.1 管理保障38
2.4.2 物理防护39
2.4.3 入侵判断41
2.4.4 入侵防御41
2.5 工业实时操作系统攻击场景42
2.5.1 通过现场总线响应延迟漏洞攻击模拟42
2.5.2 通过控制以太网交换设备攻击模拟45
2.5.3 通过工业控制网络网关攻击48
2.5.4 对工业控制无线网络的攻击49
2.5.5 Havex——专门针对工业控制系统的新型攻击50
2.5.6 其他典型领域场景52
2.6 工业实时操作系统视角下的车联网系统安全性分析54
2.6.1 车联网系统安全概述54
2.6.2 工业实时操作系统视角下的车联网56
2.7 本章参考文献61
第3章 工业实时操作系统低功耗调度算法62
3.1 相关研究概述62
3.2 引入关键速度的LA-EDF-CRITICAL算法63
3.2.1 任务模型63
3.2.2 引入关键速度的LA-EDF-CRITICAL算法介绍64
3.2.3 实验与分析66
3.3 面向硬实时系统的零星任务低功耗调度算法67
3.3.1 任务模型67
3.3.2 研究动机68
3.3.3 DVSSTSTA算法70
3.3.4 实验与分析73
3.4 基于平衡因子的动态偶发任务低功耗调度算法74
3.4.1 任务模型74
3.4.2 研究动机75
3.4.3 平衡因子算法77
3.4.4 动态偶发任务低功耗调度算法介绍79
3.4.5 动态功耗对比实例81
3.4.6 LP-DSAFST算法可调度性分析82
3.4.7 实验与分析84
3.5 本章参考文献88
第4章 面向工业实时操作系统的可靠性协同优化调度算法91
4.1 相关研究概述91
4.2 基于滑动窗口的低功耗高可靠调度算法92
4.2.1 基于滑动窗口的低功耗高可靠调度算法的模型92
4.2.2 问题定义95
4.2.3 低能耗与可靠性优化调度算法95
4.2.4 实验结果与分析105
4.3 工业实时操作系统的低功耗和可靠性协同优化算法110
4.3.1 任务模型与能耗模型110
4.3.2 低能耗与可靠性协同优化调度算法113
4.3.3 能耗与可靠性实例分析118
4.3.4 实验与分析122
4.4 本章参考文献125
第5章 工业实时操作系统多核处理器低功耗调度算法127
5.1 相关研究概述127
5.2 多核处理器低功耗调度算法介绍128
5.2.1 混合任务系统调度模型129
5.2.2 EARTAMT算法129
5.3 实例分析134
5.4 实验与分析136
5.4.1 总利用率136
5.4.2 非周期任务负载138
5.5 本章参考文献139
第6章 工业实时操作系统低功耗数据清洗算法140
6.1 相关研究概述140
6.2 系统信息模型141
6.2.1 系统调度模型141
6.2.2 能耗模型142
6.2.3 数据模型143
6.3 低功耗数据清洗算法介绍143
6.3.1 数据交换标准：MTConnect143
6.3.2 网内节能数据清洗算法144
6.3.3 汇聚节点通信的低功耗协议148
6.4 实例分析149
6.5 实验与分析150
6.5.1 数据清洗实验150
6.5.2 HMS-CPMTS的能耗实验152
6.6 本章参考文献153
第7章 面向工业实时操作系统的边缘计算检测算法156
7.1 相关研究概述156
7.1.1 数字孪生156
7.1.2 边缘计算156
7.2 边缘计算检测算法介绍157
7.2.1 一元离群点边缘计算检测算法159
7.2.2 多元参数关系的边缘计算检测算法160
7.3 原型开发162
7.3.1 MTConnect代理163
7.3.2 MTConnect适配器163
7.3.3 局部DT164
7.3.4 云中DT165
7.4 算法实验167
7.4.1 测试验证集167
7.4.2 异常检测结果分析169
7.4.3 边缘计算和云计算耗时171
7.5 本章参考文献172
第8章 基于云边协同的工业实时操作系统任务卸载方法175
8.1 相关研究概述175
8.2 云边协同方法176
8.2.1 系统模型176
8.2.2 卸载策略178
8.3 案例研究182
8.3.1 物理装置和实验环境183
8.3.2 网络层：MTDT建模和部署184
8.3.3 应用层：刀具PHM187
8.4 本章参考文献188
第9章 工业生产线三维检测与交互算法190
9.1 相关研究190
9.2 问题描述与方案191
9.3 数字孪生模型192
9.3.1 离线静态模型193
9.3.2 在线动态投票环节195
9.4 实验与验证199
9.4.1 实验平台199
9.4.2 实验结果与分析199
9.5 本章参考文献201
第10章 面向工业实时操作系统的人工智能芯片测评技术204
10.1 相关研究概述204
10.1.1 人工智能芯片的分类204
10.1.2 人工智能芯片的衡量和评价指标206
10.1.3 人工智能芯片的测评方法207
10.2 人工智能芯片测评研究现状207
10.2.1 架构层面的测评研究现状207
10.2.2 应用层面的测评研究现状208
10.2.3 测评研究综合分析210
10.3 未来研究趋势210
10.3.1 加强架构层面的测评研究210
10.3.2 建立灵活的测评方法研究211
10.3.3 开展基于新兴器件的测评研究211
10.4 本章参考文献211
结束语213