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실시간 임베디드 퀀텀 프로그래밍

원제 : Practical statecharts in C/C++ : quantum programming for emb
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책소개

UML 상태 차트를 이용하여 C/C++패턴과 이디엄으로 만드는 실시간 임베디드 퀀텀 프로그래밍 교재. 총 2부로 구성되어있으며 1부에서는 실행가능한 예제를 통해 기존의 유한상태머신, 상태차트, 상태차트 기반 설계패턴과 같은 개념을 명쾌하게 설명했다. 2부에서는 퀀텀 프레임 워크의 구현을 상세히 소개하고, 애플리케이션에서 사용하는 방법과 원하는 RTOS에 이식하는 방법을 제공한다.

출판사 서평

비싼 중량형 CASE 툴 없이 반응형 시스템을 모델링 하자. 퀀텀 프로그래밍은 상태차트를 특정 툴의 사용방법이 아닌 설계방식으로 다루는 새로운 패러다임이다.
멀티스레드 임베디드 애플리케이션에 맞는 완벽한 소프트웨어 기반구조도 수록하고 있다. 유연하고 효율적이며 이식가능할 뿐 아니라 확장가능하고 관리하기 쉬운 이 경량형 퀀텀 프레임워크를 통해 여러분은 C나 C++를 이용해 UML 상태차트에서 리얼타임 시스템을 쉽게 코팅할 수 있다. 퀀텀 프레임워크는 완벽한 구현환경이고, 거의 모든 RTOS에서 동작할 수 있게끔 설계한 능동객체 프레임워크이다. 신속하게 원형을 제작하고 어떤 개발단계에서도 쉽게 상태와 전이를 수정하며 타겟 시스템의 리소스 제한에 맞춰 C나 C++ 중 구현언어를 선택할 수 있다. 무엇보다 매우 간결해서 전체 CF 코드에서도 5KB 미만의 코드와 데이터를 요할 뿐이다.

20년쯤 전, David Harel은 복잡한 반응형 -이벤트 구동형- 시스템을 기술하는 강력한 방식으로써 상태차트를 개발했다. 동시에 상태차트는 뛰어난 형식으로써 프로그래머들로부터 거의 절대적인 지지를 얻었으며, 많은 소프트웨어 방법론의 컴포넌트로 채택됐다. 특히 이 중에서 가장 주목받은 것은 UML(Unified Modeling Language)이다. 이 책은 UML 상태차트로 만든 명세를 C/C++ 패턴과 이디엄에 따라 반응형 시스템을 모델링하는 방법을 알려주는 책이다.

기본적으로 이 책은 설계 자동화 툴에 심플하고 경량의 대안으로 구체적이고 효과적이며 입증된 상태차트의 구현을 소개함으로써, C나 C++에 익숙한 사람이라면 며칠 내로 상태차트의 구현을 시도할 수 있게끔 한다. 또한 상태차트와 상태차트 기반 컴퓨팅 모델을 구현함으로써, 새로운 프로그래밍 패러타임의 초석을 닦는다. 저자는 이것을 퀀텀 프로그래밍(Quantum Programming; QP)이라 이름 붙였다. 프로그래밍 패러다임으로써의 QP는 이 책에서 수록한 단순한 코드보다 훨씬 많은 것을 여러분에게 제공한다. 저자는 QP를 C나 C++ 같은 기존의 프로그래밍 언어의 추상화 수준을 향상시키는 기법의 모음으로 간주했으며, 또 그렇게 사용한다. QP에서 추가된 추상화를 통해, 필자는 반응형 시스템을 C++와 C를 이용해 효과적으로 모델링할 수 있다. QP의 역할은 객체지향(object-oriented, OO) 프로그래밍 언어의 역할에 견줄 수 있다. Smalltalk, C++, Java가 세 가지 OO 설계 메타패턴인 추상화, 상속, 다형성을 직접 지원함으로써 객체지향 프로그래밍(OOP)을 가능하게 해주는 것과 마찬가지로, QP는 다른 기본 메타패턴인 계층형 상태머신(hierarchical state machine; HSM)을 통해 C나 C++에서 직접 모델링할 수 있게 해준다. QP는 프로그래밍 방법론이 아닌 반응형 시스템을 모델링하고 구현하는데 필요한 구체적 기법의 모음이다. QP는 더 잘 설계되고 안전하며 효율적인 이벤트 구동형 소프트웨어로 가는 가장 빠른 길을 제공한다. 여러분이 가는 길에는 어떤 장애물도 없기 때문이다. 여러분은 QP를 사용하면서 여러가지 문제가 바뀌었음을 알게 될 것이다. 더 이상 복잡한 if문이나 switch문과 씨름할 필요가 없으며, 어떻게 상태패턴을 적용할 것이고 어떻게 문제를 능동객체로 분할할 것인지를 생각하는데 시간을 더 할애할 것이다.

또한 이 책에서는 계층형 상태머신을 구현하고 실행하는데 쓸 수 있는 편리하고 범용적이며 효과적인 요소를 소개한다. 이러한 요소로는 이벤트의 생성, 큐잉, 전달은 물론, 상태머신과 리얼타임 운영체계(RTOS)의 통합을 비롯해 여러가지가 있다. 이들 소프트웨어 요소는 시스템마다 약간의 차이를 보이지만, 문헌에서 검색하기는 매우 힘들다. 그리고 이들 요소가 어울려 제대로 동작하게 하는 것은 더 어렵다. 이런 의미에서 이 책은 종합비타민과 비슷하다. 이 책 한 권으로 필요한 모든 영양소를 섭취할 수 있으며, 각 영양소는 균형이 잘 맞춰져 있고 서로를 잘 보완해준다. 여러분이 이것만을 염두에 두고 책을 읽어나간다면 이 책에서 의도한 가장 중요한 목표가 달성되는 것이다.

이 책은 크게 두 부분으로 이뤄진다. 1부(1 ~ 6장)에서는 상태머신을 설명한다. 상태머신이 무엇이고, 어떻게 구현하며,
이를 사용하는 기본적인 방식이나 패턴에는 어떤 것이 있는지 알아본다. 이 부분은 대개 사용자 인터페이스, 리얼타임 시스템, 임베디드 시스템과 같은 이벤트 구동형 시스템에 적용할 수 있다. 2부(7 ~ 11장)에서는 퀀텀 프레임워크를 설명한다. 퀀텀 프레임워크는 임베디드 리얼타임 시스템을 대상으로 설계된 소프트웨어 아키텍처이다.

목차

서문 vii
상태차트 / STATECHARTS 1
1장 간략히 살펴보는 퀀텀 프로그래밍 3
1.1 Ultimate Hook - GUI 애플리케이션 해부 4
1.2 더 좋은 프로그래밍 방법 - 계산기 6
1.3 객체지향과의 유사성 16
1.4 퀀텀 프로그래밍과 양자역학 19
1.5 요약 20

2장 상태차트 / Crash Course in Statecharts 23
2.1 유한 상태머신의 핵심 24
2.2 UML 상태차트의 기초 30
2.3 상태모델 예제 44
2.4 요약 52

3장 표준 상태머신 구현 / Standard State Machine Implementations 55
3.1 상태머신 인터페이스 56
3.2 중첩 switch 문 57
3.3 상태 테이블 60
3.4 상태 설계패턴 65
3.5 최적 FSM 구현 69
3.6 상태머신과 C++ 예외처리 73
3.7 멤버 함수에 대한 포인터의 역할 73
3.8 가드, 연결점, 선택점 구현 76
3.9 진입액션과 탈출액션 구현 76
3.10 상태계층 처리 77
3.11 요약 79

4장 비헤비어 상속 구현/ Implementing Behavioral Inheritance 81
4.1 구조 83
4.2 예제 94
4.3 휴리스틱과 이디엄 101
4.4 이벤트 처리기 106
4.5 C 구현 120
4.6 유의사항 126
4.7 요약 128

5장 상태패턴 / State Patterns 131
5.1 Ultimate Hook 133
5.2 Reminder 138
5.3 Deferred Event 144
5.4 Orthogonal Component 149
5.5 Transition to History 160
5.6 요약 164

6장 상태모델 상속 / Inheriting State Models 167
6.1 C++ 상태차트 개선 예제 168
6.2 C에서의 상태차트 개선 예제 177
6.3 유의사항 180
6.4 요약 185

퀀텀 프레임워크 / QUANTUM FRAMEWORK 187

7장 퀀텀 프로그래밍이란/ Introducing the Quantum Framework 189
7.1 멀티스레딩의 일반 접근법 191
7.2 QF의 컴퓨팅 모델 197
7.3 QF의 역할 206
7.4 요약 212

8장 퀀텀 프레임워크 설계 / Design of the Quantum Framework 215
8.1 임베디드 리얼타임 시스템 216
8.2 오류와 예외조건 처리 218
8.3 메모리 관리 225
8.4 상호배제와 블로킹 230
8.5 이벤트 전달 235
8.6 능동객체 248
8.7 초기화와 삭제 253
8.8 시간 관리 255
8.9 QF API의 간단한 레퍼런스 258
8.10 요약 263

9장 퀀텀 프레임워크 구현/ Implementations of the Quantum Framework 265
9.1 QF - Parnas 패밀리 266
9.2 코드 구성 267
9.3 공통요소 272
9.4 DOS : 멀티태스킹 커널이 없는 QF 283
9.5 Win32 : 데스크탑에서의 QF 291
9.6 RTKernel-32 : QF와 선점형 우선순위 기반 커널 295
9.7 요약 302

10장 샘플 퀀텀 프레임워크 애플리케이션/Sample Quantum Framework Application 305
10.1 QF 애플리케이션 제작 306
10.2 QF 애플리케이션 개발 규칙 315
10.3 애플리케이션 개발에 있어서의 휴리스틱 317
10.4 이벤트 큐와 이벤트 풀의 크기 318
10.5 시스템 통합 323
10.6 요약 323

11장 결론 / Conclusion 325
11.1 QP의 핵심요소 326
11.2 QP의 목적 329
11.3 제안 333

부록 "C+" - C 객체지향 프로그래밍/ "C+" - Object Oriented Programming in C 335
A.1 추상화(Abstraction) 336
A.2 상속(Inheritance) 339
A.3 다형성 341
A.4 비용과 오버헤드 349
A.5 요약 350

부록 B 표기법 안내 / Guide to Notation 353
B.1 클래스 다이어그램 353
B.2 상태차트 다이어그램 356
B.3 시퀀스 다이어그램 357
B.4 타이밍 다이어그램 357

참고문헌 365
인덱스 371
www.quantum-leap.com 393

저자소개

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