01
实时系统概述
实时系统定义、硬实时与软实时区别、应用场景（工业控制、自动驾驶、航空航天）
基础概念
02
实时操作系统(RTOS)基础
任务与调度、任务状态机、上下文切换、RTOS与GPOS对比
RTOS内核
03
任务调度算法
RMS单调速率调度、EDF最早截止时间优先、优先级反转与继承
调度实时
04
任务间通信机制
信号量、互斥锁、消息队列、事件标志组、邮箱
IPC同步
05
内存管理
静态/动态内存分配、内存碎片问题、内存池设计
内存优化
06
时间管理
系统时钟节拍、定时器管理、时间片轮转、高精度计时
时钟定时
07
中断管理
中断优先级、嵌套、延迟、中断服务程序设计原则
中断硬件
08
资源管理
临界区保护、死锁预防与避免、资源分配图、银行家算法
死锁资源
09
实时控制程序架构模式
前后台系统、超级循环、状态机架构、多任务架构
架构模式
10
分层架构设计
硬件抽象层(HAL)、驱动层、中间件层、应用层职责划分
分层HAL
11
组件化设计
模块划分原则、接口设计规范、依赖注入、松耦合设计
组件解耦
12
状态机设计
有限状态机(FSM)、层次状态机(HSM)、状态模式、状态表驱动
状态机HSM
13
数据流架构
管道-过滤器模式、数据分发服务(DDS)、发布-订阅模式
数据流DDS
14
反馈控制回路
PID控制器原理、离散化实现、参数整定、抗积分饱和
控制PID
15
传感器数据采集
采样定理、滤波算法（均值、中值、卡尔曼）、数据融合
传感器滤波
16
执行器控制
PWM生成、电机控制基础、舵机控制、步进电机控制
执行器电机
17
通信协议栈
CAN总线、Modbus协议、EtherCAT、UDP/TCP实时扩展
通信协议
18
同步与异步设计
阻塞与非阻塞I/O、异步回调、事件驱动、协程
异步协程
19
看门狗与容错
硬件看门狗、软件看门狗、心跳检测、故障恢复策略
容错看门狗
20
实时性能分析
WCET最坏执行时间分析、响应时间分析、调度分析工具
性能WCET
21
调试与测试
实时跟踪、日志系统、单元测试框架、硬件在环测试(HIL)
测试调试
22
安全关键系统
IEC 61508标准、SIL等级、冗余设计、故障安全
安全SIL
23
多核实时系统
核间通信、缓存一致性、核间同步、负载均衡
多核并行
24
低功耗设计
动态电压频率调整(DVFS)、睡眠模式、事件唤醒、功耗分析
低功耗DVFS
25
实时数据库
内存数据库、时序数据库、数据一致性、事务处理
数据库时序
26
人机交互界面
实时数据显示、触摸屏交互、报警管理、HMI设计模式
HMI交互
27
固件升级与OTA
引导加载程序、差分升级、回滚机制、安全校验
OTA升级
28
实时系统建模
时间自动机、UML实时建模、SysML、模型驱动开发
建模SysML
29
实时系统验证
形式化验证、模型检查、运行时验证、测试覆盖度
验证形式化
30
综合案例实战
基于FreeRTOS工业控制器、ROS2机器人、VxWorks航电系统架构
实战综合