基于ARM的嵌入式实时操作系统研究

论文摘要

嵌入式实时操作系统是嵌入式系统的基础软件平台,嵌入式实时操作系统的设计与实现成为当前研究的热点。本论文在研究嵌入式操作系统设计理论的基础上,提出了一个专门面向资源极度紧张的小型控制系统的嵌入式操作系统设计方案:基于微内核构架,实时性好,支持256个任务,兼容标准操作系统调用接口标准POSIX,可裁减,可配置。在设计过程中引入了面向对象的设计思想,内核中许多模块被看作同一个对象——事件,使内核的结构更加清晰,抽象程度更好。在MRTkernel的设计过程中,对Bitmap算法进行了改进和优化,使MRTkernel最多支持256个任务,却没有增加系统的开销,使系统更加灵活高效。本文使用老化算法解决优先级调度中的饥饿问题,使用优先级天花板策略解决了优先级反转问题,而这些问题也是实时系统中的重要问题,能够使系统较其他嵌入式操作系统运行更加稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题的研究现状
• 1.3 课题的研究意义
• 1.3.1 信息技术发展的需要
• 1.3.2 国家战略和产业的需要
• 1.3.3 研究的可行性
• 1.4 论文主要工作
• 2 嵌入式实时操作系统理论基础
• 2.1 嵌入式实时操作系统基础
• 2.1.1 嵌入式操作系统
• 2.1.2 操作系统内核
• 2.1.3 实时操作系统
• 2.1.4 嵌入式实时操作系统标准
• 2.2 实时操作系统调度策略
• 2.2.1 单调速率算法 RMS
• 2.2.2 最早截止时间优先算法 EDF
• 2.2.3 最短空闲时间优先算法 LLF
• 2.3 任务的同步与通信
• 2.3.1 共享变量
• 2.3.2 信号量
• 2.3.3 消息邮箱
• 2.3.4 消息队列
• 2.4 死锁问题
• 2.5 优先级反转
• 2.5.1 优先级继承
• 2.5.2 优先级天花板
• 2.6 饥饿问题
• 2.7 本章小结
• 3 MRTKERNEL 内核的设计与实现
• 3.1 MRTKERNEL 系统架构
• 3.1.1 应用目标系统的特点
• 3.1.2 设计目标
• 3.1.3 系统架构
• 3.2 MRTKERNEL 中断处理机制
• 3.3 MRTKERNEL 任务管理
• 3.3.1 任务状态
• 3.3.2 任务控制块数据结构
• 3.3.3 任务管理相关的系统函数
• 3.4 MRTKERNEL 任务调度
• 3.4.1 调度器模型
• 3.4.2 μC/OS-II 最高优先级查找算法分析
• 3.4.3 最高优先级查找算法设计
• 3.4.4 调度器设计
• 3.4.5 老化算法设计
• 3.4 MRTKERNEL 时间管理
• 3.5 MRTKERNEL 内存管理
• 3.5.1 内存控制块数据结构
• 3.5.2 内存管理相关函数
• 3.6 MRTKERNEL 事件管理
• 3.6.1 事件的设计
• 3.6.2 事件控制块数据结构
• 3.6.4 邮箱
• 3.6.4 信号量
• 3.7 本章小结
• 4 MRTKERNEL 的移植
• 4.1 目标平台简介
• 4.1.1 硬件平台
• 4.1.2 编译环境
• 4.1.3 AT91RM9200 简介
• 4.2 MRTKERNEL 的文件结构
• 4.3 MRTKERNEL 在 AT91RM9200 上的移植
• 4.5 本章小结
• 5 MRTKERNEL 的测试
• 5.1 任务调度测试
• 5.2 老化算法测试
• 5.3 信号量测试
• 5.4 邮箱测试
• 5.5 内存测试
• 5.6 本章小结
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 参考文献