文档介绍：基于那度胧角渴凳蹦诤松杓
摘要
随着国内工业化、数字化的迅速发展,嵌入式开发在行业中的重要性越
来越显著。嵌入式开发领域对产品的功能性、稳定性、实时性等方面的要求也越
来越高。
采用嵌入式实时操作系统作为开发平台,以高性能的嵌入式处理器为工业控
制等领域的主控制器可以有效地提高系统的可靠性、实时性、和软件编程的灵活
性。在嵌入式处理器方面,辜芤丫诟咝阅堋⒌凸摹⒌统杀镜那度胧搅
域里占领先地位。而在嵌入式操作系统方面,适合国内发展方向的解决方案以及
系统基础结构方面并不理想。首先,国外成熟的嵌入式实时操作系统大都成本高、
结构复杂,不适合强实时应用;其次,因大部分实时操作系统不公开源码,使开
发的产品存在安全隐患。而类似疧狪男⌒颓渴凳鼻度胧讲僮飨低衬诤
虽然具有低成本、易控制、小规模、高性能等特性,但这类系统的基础较为薄弱,
面临产品化和商业化还有一定的距离。
本文针对这种情况,结合现有的操作系统内核理论及嵌入式强实时系统的特
殊需求,特别是对狪难芯糠治龌∩希嫦蚯渴凳庇τ茫杓啤⒐乖
了一种适合在位砥骰肪诚率褂玫哪诤恕U庋龅哪康氖俏A颂峁┮桓
基础牢固、值得信赖的基本平台。
本文研究工作主要集中在以下几个方面:
针对嵌入式环境中高效、简洁、易扩展、易剪裁的要求,对内核体系结构框
架进行了设计。内核整体上采用分层结构,在各层中采用功能相对独立的模块:
在最底层借鉴微核的原理,只提供最基本的功能模块。
针对系统快速和稳定的实时响应能力需求,为卸辖⒘送骋坏闹卸先
口,采用合理的半嵌套工作方式;保留2豢善帘沃卸希诳焖俜从Τ『鲜
用;引入中断分段处理机制解决中断和任务的乒蚕恚枰S脖;せ葡
互协调所引起的硬保护机制被隐性地泛滥使用问题。
针对应用提出的系统行为的可预测性需求,在调度算法方面采用基于优先级
位图的抢占阈值调度算法,提高了处理器的利用率和任务集合的可调度性,减少
了内核存储开销;在共享资源访问控制方面,以优先级天花板协议为依据,使用
互斥事件解决优先级反转和死锁问题的发生。
为了保障系统的强实时性能,本文还对内核的时钟管理、内存管理等方面进
行了设计。最后,通过实时性能测试,结果表明该实时内核有很好的强实时特性。
关键词:嵌入式实时操作系统、微内核、任务调度、抢占阈值调度算法、
协议、
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第一章概述
嵌入式实时系统简介
嵌入式实时系统中采用的操作系统称为嵌入式实时操作系统,它既是嵌入式
操作系统,又是实时操作系统。作为一种嵌入式操作系统,它具有嵌入式软件共
有的可裁剪、低资源占用、低功耗等特点:而作为一种实时操作系统疚亩允
时操作系统特性的讨论仅限于强实时操作系统,下面提到的实时操作系统也均指
强实时操作系统Ω媚芗笆毕煊ν獠糠⑸乃婊录⒁宰愎豢斓乃俣
完成对事件处理的计算机应用系统。换句话说,计算机能及时响应外部事件的请
求,在规定的时间内完成对事件的处理,并能控制所有实时设备和实时任务协调
运行。
嵌入式实时系统在许多应用领域正在变得越来越关键,承担着系统中重要的
核心角色。应用范围的不断扩大使得实时系统变得越来越复杂,需要应对各种可
靠性需求,优先约束需求,可调度需求等等。【俊
实时系统不但要具有功能上的正确性,还要有时间上的正确性,即,只有限
定的时间内完成的计算僮才是正确的。这一限定的时间被称作最终截止期,
即时间死线。对于超过最终截止期完成的计算,其结果是无用的,
或者是只能达到部分价值。在实时系统中。实现某个功能的执行体称为任务
。通常对任务和实时系统作如下的划分:①如果一个任务没能在最终截
止期之前完成一次操作,结果是灾难性的,称作硬实时任务
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造成系统性能的下降,则称作软实时任务蛘呷跏凳
任务,例如在互联网上传输语音数据的任务。至少包含一个硬实时任务的系统,
称作硬实时系统,否则称作软实时系统。
实时系统主要通过以下三个性能指标来评价系统的实时性能:①响应时间
指实时系统从识别出一个外部事件到