面向通信行业的嵌入式Linux实时性能改造

论文摘要

Linux 作为一款优秀的免费操作系统,有着其独特的优势。近年来已得到国内外通讯设备制造商的高度重视,并已开发出基于嵌入式Linux 的通讯设备与智能手机终端。经过长期的发展,Linux 已经具备在大型通讯设备中使用的条件。在这个时机开展对嵌入式Linux 的研究与应用,对于降低产品成本、提高产品安全性具有重要的战略意义。本论文详细分析了Linux 实时性能的基本概念,影响Linux 实时性能的各种因素,系统地介绍了基本的Linux 实时性能改造技术。在深入分析Linux 内核改造的原理、系统架构、方法以及我们需要达到的性能要求后,详细介绍和分析了本人所完成的内核改造模块的设计和实现,以及在设计和实现过程中所采用的主要数据结构、主要算法和函数流程。最后对改造过的内核进行系统测试和性能测试,并同Linux 标准内核和Vxworks 进行性能比较,客观得出对改造过的Linux 内核的综合评估。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1. 概述
• 1.2. 研究动机
• 1.3. 主要工作
• 1.4. 本文的组织
• 第2章 嵌入式实时操作系统
• 2.1. 实时系统
• 2.1.1. 实时系统的定义
• 2.1.2. 实时系统的分类
• 2.1.3. 衡量实时系统的指标
• 2.2. 嵌入式系统
• 2.2.1. 嵌入式系统的定义
• 2.2.2. 嵌入式系统的特点
• 2.3. 实时嵌入式系统软件
• 2.4. 通讯软件的特点
• 2.5. 小结
• 第3章 Linux实时算法研究
• 3.1. 操作系统实时调度的基本概念
• 3.2. Linux 标准内核调度机制研究
• 3.2.1. 调度时机分析
• 3.2.2. 调度策略分析
• 3.2.3. 实时任务调度过程详细分析
• 3.2.3.1. 相关函数和数据结构说明
• 3.2.3.2. 调度函数流程
• 3.3. 面向 Linux 的实时调度机制
• 3.3.1. 可抢占内核
• 3.3.2. 低延时调度内核
• 3.3.3. 实时调度器
• 3.3.4. 双内核调度机制
• 3.4. 其他提高 Linux 内核实时性能的途径
• 3.4.1. 时间粒度的细化
• 3.4.2. 强制二元信号量的互斥锁机制
• 3.5. 小结
• 第4章 Linux内核实时性改造系统设计
• 4.1. 设计要求
• 4.1.1. 功能要求
• 4.1.2. 性能要求
• 4.1.3. 属性要求
• 4.2. 设计思路
• 第5章 Linux内核实时性改造详细实现
• 5.1. 基于优先级的任务调度实现
• 5.1.1. 任务优先级
• 5.1.2. 优先级位图算法
• 5.1.3. 任务调度
• 5.2. 可抢占内核
• 5.3. 强实时线程管理
• 5.3.1. 强实时线程模块主要思想
• 5.3.2. 强实时线程模块初始化
• 5.3.3. 线程创建
• 5.3.4. 线程中止
• 5.3.5. 线程运行控制
• 5.3.5.1. 设置优先级
• 5.3.5.2. 设置TLS
• 5.3.5.3. 线程挂起、继续
• 5.3.5.4. 线程调度
• 5.3.5.5. 延时睡眠
• 5.3.5.6. 查看线程状态
• 5.3.6. 线程管理退出
• 5.4. 信号量管理子模块
• 5.4.1. 主要思想
• 5.4.2. B信号量
• 5.4.3. C信号量
• 5.4.4. 优先级继承协议PIP
• 5.4.5. M信号量
• 5.5. 小结
• 第6章 Linux强实时内核测试
• 6.1. 测试环境
• 6.1.1. 硬件环境
• 6.1.2. 软件环境
• 6.2. 测试内容与方法
• 6.2.1. KTH 线程的创建与删除测试
• 6.2.2. 等待线程结束测试
• 6.2.3. 动态改变线程的优先级
• 6.2.4. 杀死所有KTH 线程
• 6.2.5. 信号量相关操作测试
• 6.2.6. 挂起线程（SUSPEND）的时间
• 6.2.7. 测试恢复运行线程（RESUME）的时间
• 6.2.8. 测试释放信号量的时间（信号量等待队列不为空）
• 6.2.9. 测试极限个线程运行中防止优先级反转的表现
• 6.3. 主要性能测试结果记录
• 6.4. 小结
• 第7章 全文总结
• 7.1. 实现现状和成果
• 7.2. 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文