基于ARM的嵌入式实时操作系统的内存管理

基于ARM的嵌入式实时操作系统的内存管理

论文摘要

随着嵌入式技术的不断发展以及越来越多的应用于实时领域,对于嵌入式实时操作系统的各方面性能都提出了更高的要求。一些传统的嵌入式实时操作系统因不能适应实时应用的需求而渐渐退出了历史舞台,而目前商业上较为成功的几款嵌入式实时操作系统也有着各自的特点和局限性。嵌入式实时操作系统的内存管理由于其实时性、可预测性的特点,通常采用快速和确定的内存管理模式,比较常见的公共特点有不使用虚拟存储技术、静态的内存管理机制、比较简单的内存保护模式等。而由于嵌入式应用环境的复杂程度,需要不断提高内存分配与回收机制的灵活度与性能,改进内存保护机制的安全性、稳定性和可靠性。ARTs-OS是一款自主研发的基于微内核的实时嵌入式操作系统,在ARM9平台上实现的内存管理是基于完全私有的内存保护模式,主要子模块有堆内存管理、虚拟内存块管理和进程地址空间管理,实现了内核堆内存和用户进程内存空间的动态分配,以及基于MMU的地址转换和保护机制等特点。在具体的实现过程中,介绍了所采用的内存分配算法、改进和优化了运行时出现的问题,分析了MMU机制对系统实时性的不利影响,提出了合理的实现方案和改进措施。最后,给出了实时嵌入式操作系统ARTs-OS的内存管理在ARM9平台上的具体实现,为实时嵌入式操作系统内存管理的下一步研究打下了基础。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 嵌入式实时操作系统概述
  • 1.2 嵌入式实时操作系统的起源与发展
  • 1.3 嵌入式实时操作系统的主要研究方向
  • 1.4 本文研究目的和背景
  • 1.5 本文主要内容结构
  • 2 ARTs-OS 操作系统的内存管理
  • 2.1 ARTs-OS 操作系统介绍
  • 2.2 ARTs-OS 的内存管理
  • 2.3 主要技术问题
  • 2.4 本章小结
  • 3 堆内存管理
  • 3.1 堆管理模块系统结构
  • 3.2 堆内存的分配与回收机制
  • 3.3 slab 算法的改进
  • 3.4 本章小结
  • 4 虚拟内存块管理
  • 4.1 虚拟内存块管理系统结构
  • 4.2 虚拟内存块机制的实现
  • 4.3 MMU 机制的实现
  • 4.4 本章小结
  • 5 进程地址空间管理
  • 5.1 进程地址空间模块系统结构
  • 5.2 内存保护机制的实现
  • 5.3 物理页的分配与释放
  • 5.4 本章小结
  • 6 内存管理测试
  • 6.1 堆内存管理测试
  • 6.2 虚拟内存块管理测试
  • 6.3 进程地址空间管理测试
  • 6.4 综合性能测试
  • 7 总结与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 相关论文文献

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