一种新型嵌入式操作系统内核设计

论文摘要

嵌入式操作系统作为嵌入式系统的软件平台,是嵌入式系统开发中的关键技术。本论文的研究工作在于设计并最终实现一个嵌入式操作系统内核—JKernel。本文在对嵌入式操作系统理论进行了深入研究的基础上,同时考虑到当前开源嵌入式操作系统内核的不足,提出了一个在某些方面优于同类嵌入式操作系统内核的设计方案。该操作系统内核实时性好,具有灵活的设备管理功能,代码量小,方便移植到不同的处理器平台。在内核的具体实现中,对任务管理增加了时间片管理,使得内核既支持强实时性系统,又可以应用到对实时性要求不是很高的一般实时性系统上。采用了与Linux兼容的设备管理,可以灵活地管理设备和对内核功能进行扩展。在内存管理方面,把连续的大块内存按分区来管理,每个分区中包含整数个大小相同的内存块,有效地避免了内存碎片的产生。最后,在研究了ARM体系平台后,提出了内核的移植方案,采用了在C语言中嵌入汇编语言的方法,对与处理器相关的部分进行了修改,将JKernel成功地移植到了基于ARM处理器平台上,实现了最初的设计构想。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图和附表清单
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.1.1 背景
• 1.1.2 意义
• 1.2 研究内容及所做工作
• 1.3 论文组织
• 第二章 嵌入式操作系统综述
• 2.1 嵌入式系统
• 2.1.1 什么是嵌入式系统
• 2.1.2 嵌入式系统的组成
• 2.1.3 嵌入式系统的特点
• 2.1.4 嵌入式系统的发展趋势
• 2.2 嵌入式操作系统
• 2.2.1 什么是嵌入式操作系统
• 2.2.2 嵌入式操作系统的特点
• 2.2.3 嵌入式操作系统的发展状况
• 2.3 嵌入式操作系统的关键技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 JKernel的设计
• 3.1 JKernel的设计目标和系统架构
• 3.2 JKernel的任务管理系统
• 3.2.1 任务控制块
• 3.2.2 任务管理的的枚举
• 3.2.3 任务管理的函数具备的功能
• 3.3 JKernel的调度系统
• 3.3.1 任务状态之间的切换
• 3.4 JKernel的内核模块扩展管理系统
• 3.5 JKernel的内存管理模块
• 3.5.1 内存节点数据结构
• 3.5.2 内存块状态定义
• 3.5.3 内存管理相关函数
• 3.6 小结
• 第四章 JKernel的具体实现
• 4.1 数据类型的定义
• 4.2 任务管理系统
• 4.2.1 宏定义
• 4.2.2 任务管理块
• 4.2.3 任务管理中的枚举
• 4.2.4 任务管理函数具备的功能
• 4.2.5 主要变量
• 4.2.6 相关文件
• 4.3 任务调度模块
• 4.3.1 功能函数
• 4.3.2 变量
• 4.4 内存管理模块
• 4.4.1 内存节点数据结构
• 4.4.2 内存块状态定义
• 4.4.3 变量
• 4.4.4 功能函数
• 4.5 内核模块扩展管理系统
• 4.5.1 宏定义
• 4.5.2 变量
• 4.5.3 功能函数
• 4.6 内核初始化模块
• 4.7 本章小结
• 第五章 JKernel在ARM平台上的移植
• 5.1 ARM微处理器的体系结构
• 5.1.1 ARM微处理器的工作状态
• 5.1.2 ARM体系结构的存储器格式
• 5.1.3 指令长度及数据类型
• 5.1.4 处理器模式
• 5.1.5 寄存器组织
• 5.1.6 异常（Exceptions）
• 5.2 JKernel在ARM平台的实现
• 5.2.1 移植的相关问题
• 5.2.2 与编译器无关的数据类型
• 5.2.3 开关中断代码的移植
• 5.2.4 任务管理模块的移植
• 5.2.5 中断管理模块
• 5.3 内核的软件体系结构
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 下一步研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果