面向嵌入式操作系统微内核的硬件抽象层开发方法研究

论文摘要

随着嵌入式技术的不断发展,各种嵌入式系统已被广泛应用到多个行业中,其规模与发展潜力使得嵌入式计算在信息产业中占据了极其重要的位置。随着嵌入式系统硬件技术的不断提高,尤其是高端嵌入式系统的迅速发展,越来越多的嵌入式产品需要操作系统的支持,这就促使操作系统逐渐成为嵌入式系统中的重要组成部分。丰富的嵌入式硬件种类和参差各异的应用领域对嵌入式操作系统的灵活性、可靠性、可移植性、功耗以及开发效率等方面提出了更高的要求。研究新的嵌入式操作系统开发模型,在不同硬件体系结构上高效率、低成本地移植可靠的、高性能的嵌入式操作系统并部署面向特定领域的应用,是嵌入式系统软件研究领域中的一项重要内容。本文首先分析了微内核设计思想以及硬件抽象层技术在嵌入式操作系统开发中的应用。然后结合构件化软件开发方法提出了一种基于微内核和硬件抽象层的构件化嵌入式实时操作系统模型,并设计了构件描述方法。根据该模型的特点设计实现了微内核原型系统且归纳了其中的硬件抽象分离点。在此基础上设计出面向微内核的硬件抽象层,同时选择特定硬件平台对其进行了实现,并且在模拟平台上对目标系统进行了测试。最后对面向嵌入式操作系统微内核的硬件抽象层开发流程进行了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 论文研究的内容
• 1.4 论文内容的组织
• 第二章 嵌入式操作系统及其体系结构
• 2.1 嵌入式操作系统概述
• 2.2 微内核设计思想在嵌入式操作系统开发中的优势
• 2.3 基于微内核的嵌入式操作系统介绍
• 第三章 嵌入式操作系统的可移植性与硬件抽象层
• 3.1 嵌入式操作系统移植中的关键问题
• 3.2 硬件抽象层
• 3.2.1 硬件抽象层的特点
• 3.2.2 硬件抽象层技术在嵌入式系统开发中的意义
• 3.2.3 相关操作系统硬件抽象层简介
• 第四章 目标系统总体结构的设计
• 4.1 目标系统结构设计与说明
• 4.1.1 目标系统总体结构设计
• 4.1.2 目标系统结构详细设计
• 4.2 目标系统的构件模型与构件描述方法
• 4.2.1 目标系统构件模型
• 4.2.2 构件描述语言SXD
• 4.3 目标系统结构设计的特点
• 第五章 微内核设计
• 5.1 线程管理
• 5.1.1 线程状态
• 5.1.2 线程数据结构
• 5.1.3 线程控制服务函数
• 5.1.4 线程管理模块中的硬件抽象
• 5.2 调度管理
• 5.2.1 调度策略
• 5.2.2 调度服务函数
• 5.2.3 调度管理模块中的硬件抽象
• 5.3 中断与异常管理
• 5.3.1 中断处理
• 5.3.2 异常处理
• 5.3.3 中断与异常服务函数
• 5.3.4 中断与异常管理模块中的硬件抽象
• 5.4 时钟与定时器管理
• 5.4.1 时钟管理
• 5.4.2 定时器管理
• 5.4.3 时钟与定时器服务函数
• 5.4.4 时钟与定时器管理模块中的硬件抽象
• 5.5 同步管理
• 5.5.1 信号量
• 5.5.2 互斥信号量
• 5.5.3 条件变量
• 5.6 消息传递
• 5.6.1 消息传递机制的实现
• 5.6.2 消息管理服务函数
• 5.7 本章小结
• 第六章 硬件抽象层详细设计方案
• 6.1 硬件抽象层结构设计
• 6.2 启动模块
• 6.2.1 启动模块的特征和工作模式
• 6.2.2 系统空间布局
• 6.2.3 典型启动模块框架
• 6.3 核心模块
• 6.3.1 核心模块结构与微内核功能模块的对应关系
• 6.3.2 核心模块开发注意事项
• 6.3.3 公共描述层设计
• 6.3.4 体系结构描述层设计
• 6.3.5 处理器变体描述层设计
• 6.3.6 平台描述层设计
• 6.4 低级驱动模块
• 6.5 本章小结
• 第七章 目标系统硬件抽象层的实现
• 7.1 实验环境简介
• 7.1.1 硬件模拟平台SkyEye
• 7.1.2 Linux 系统下的交叉开发环境
• 7.2 硬件抽象层在基于 S3C44BOX 处理器平台上的代码实现
• 7.2.1 启动模块的实现
• 7.2.2 核心模块公共描述层的实现
• 7.2.3 核心模块体系结构描述层的实现
• 7.2.4 核心模块处理器变体描述层的实现
• 7.2.5 核心模块平台描述层的实现
• 7.2.6 低级驱动模块的实现
• 7.3 系统配置与生成
• 7.3.1 系统构件形成与配置
• 7.3.2 系统生成步骤
• 7.3.3 目标系统的测试
• 7.4 硬件抽象层开发流程总结
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢