基于PIC24系列微控制器的嵌入式实时操作系统的设计与实现

论文摘要

本文以Microchip公司生产的高性能的PIC24系列微控制器为硬件平台,设计和实现了一种基于PIC24系列微控制器的嵌入式实时操作系统,包括操作系统内核和Bootloader程序。随着嵌入式系统的发展,传统的前后台式的软件设计结构已经明显不能满足日益复杂的应用的需求。在嵌入式系统的软件设计过程中,任务级响应时间长、不固定以及因各种资源调度不当而发生死锁、系统可靠性降低等问题越来越突出。要解决这些问题,必须将操作系统的概念引入到嵌入式系统的软件设计过程中。嵌入式实时操作系统是一种新的系统设计思想和一个开放的软件框架。它具有操作系统的基本功能,可以对整个实时系统的运行进行控制,根据系统中各个任务的轻重缓急,合理地在任务之间分配CPU和各种资源。实时操作系统利用信号量、消息等系统功能协调和同步各个任务,降低了任务模块之间的耦合性,提高了系统的稳定性。此外,基于嵌入式实时操作系统的软件设计模式天然地具有良好的可扩展性,便于软件系统的改进和扩展,有效地降低了成本,提高了开发效率。随着嵌入式系统的广泛应用,基于嵌入式实时操作系统的软件设计方法必将得到广泛的应用。本文设计和实现的嵌入式实时操作系统主要包括调度内核、任务管理、时间管理、任务之间的通信与同步、中断响应管理和Bootloader模块。最后,以山东省肿瘤防治研究院能量管理系统中的能量检测控制器的设计为例,介绍嵌入式实时操作系统在工程中的应用。结合具体的软件设计过程,充分阐述在实际的设计过程中,如何在嵌入式实时操作系统平台上进行软件的设计和实现,以及嵌入式实时操作系统内核功能的正确、高效使用。通过该系统的成功运行,验证了所设计的嵌入式实时操作系统程序具有良好的稳定性和可靠性。可以预见,由于嵌入式实时操作系统不可替代的优点,其必将大大加快嵌入式应用开发的速度,并有效地提高系统的稳定性、可靠性和可扩展性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 绪论
• 1.1 课题设计
• 1.1.1 课题设计原因
• 1.1.2 课题设计目的
• 1.1.3 课题设计目标
• 1.2 PIC24系列微控制器
• 1.3 嵌入式实时操作系统
• 1.3.1 嵌入式实时操作系统特点
• 1.3.2 嵌入式实时操作系统发展
• 1.3.3 嵌入式实时操作系统应用前景
• 第二章 嵌入式实时操作系统的设计
• 2.1 PIC24微控制器CPU内核结构
• 2.1.1 CPU内核
• 2.1.2 软件堆栈
• 2.2 任务管理
• 2.2.1 任务定义
• 2.2.2 任务状态和状态转换
• 2.2.3 任务创建和任务控制块
• 2.2.4 任务调度
• 2.2.5 任务删除
• 2.2.6 任务挂起
• 2.2.7 任务恢复
• 2.3 任务间通信和同步
• 2.3.1 事件和事件控制块
• 2.3.2 消息
• 2.3.3 信号量
• 2.4 中断响应处理和中断级调度
• 2.4.1 中断处理函数
• 2.4.2 中断级任务调度和切换函数
• 2.5 系统时间管理
• 2.5.1 任务延时函数
• 2.5.2 恢复延时任务
• 2.6 系统启动与初始化过程
• 2.7 程序调试与测试
• 第三章 Bootloader模块的设计与实现
• 3.1 Bootloader模块概述
• 3.2 嵌入式设备端程序的设计与实现
• 3.2.1 Server程序的总体规划
• 3.2.2 Server程序的软件实现
• 3.3 PC端程序的设计与实现
• 3.3.1 Client程序的软件界面
• 3.3.2 Client程序的软件实现
• 3.4 Bootloader与操作系统的结合
• 第四章 嵌入式实时操作系统的工程应用
• 4.1 硬件设计
• 4.2 嵌入式实时操作系统的应用
• 4.2.1 基于操作系统的软件设计
• 4.2.2 程序实现
• 4.3 Bootloader软件应用与测试
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间研究工作及参与的工程项目
• 学位论文评阅及答辩情况