基于WinCE嵌入式工控系统的实时性及软件可靠性研究

论文摘要

随着微电子和嵌入式技术的蓬勃发展,基于高性能嵌入式处理器的嵌入式工控机平台,以其体积小、可靠性高、成本低等优点,克服了传统工控机体积庞大、故障率高以及难以较长时间适应于工业控制的恶劣环境等缺点,广泛应用于工业控制领域,成为人们研究的热点。嵌入式操作系统是嵌入式工控机系统的核心技术之一。嵌入式操作系统WinCE以其可靠性高、开放性好、开发周期短和良好的人机界面等显著优点在嵌入式工控机操作系统市场占据一席之地。实时性、可靠性是工控系统的研究重点之一。本论文在论述WinCE系统实时性相关模块及现有的优化方案的基础上,提出了将RM调度算法及其可调度性充要条件应用到WinCE的多线程调度中,可有效预防周期性任务不能调度情况的发生,从而在一定程度上提高了WinCE的实时性。同时,本论文综述了软件可靠性设计及可靠性测试的方法,并在论述现有可靠性模型的设计方法与使用特点的基础上,将软件测试过程融入到软件可靠性模型的建立之中,运用相关数学方法,提出了一种基于测试用例模型的构建,此模型不仅精度有所提高,而且易于工程化。本论文的研究工作,密切结合在研项目“基于WinCE的电子清纱器软件系统的设计与实现”,使得相关实时性、可靠性的研究在实际系统中进一步得到验证,证明了本论文研究的有效性,也具有一定的实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文涉及的相关研究工作
• 1.4 本论文的组织结构
• 第二章 嵌入式工控系统概述
• 2.1 工控系统及嵌入式工控系统的一般组成结构及特性
• 2.1.1 工控系统及嵌入式工控系统的一般组成结构
• 2.1.2 工控系统的主要特点
• 2.2 工业控制系统的解决方案
• 2.2.1 工业控制系统设计的原则
• 2.2.2 工业控制系统的解决方案
• 2.2.3 工业控制系统的嵌入式解决方案
• 2.3 基于WinCE的解决方案
• 第三章 嵌入式WinCE结构简析
• 3.1 WinCE概述
• 3.2 WinCE的体系结构
• 3.3 WinCE的内核特点
• 3.3.1 内核功能概述
• 3.3.2 内存管理
• 3.4 文件系统简析
• 3.5 驱动模型
• 3.5.1 本机设备驱动
• 3.5.2 流接口驱动程序
• 第四章 WinCE实时性分析与优化
• 4.1 嵌入式实时操作系统概述
• 4.2 实时系统概述及分类
• 4.2.1 实时系统概述
• 4.2.2 实时系统的分类
• 4.2.3 嵌入式实时操作系统与实时系统的关系
• 4.3 影响嵌入式内核实时性的主要因素
• 4.3.1 实时性相关概念
• 4.3.2 影响内核实时性的主要因素
• 4.4 WinCE的实时性关键模块剖析
• 4.4.1 WinCE的中断机制及实时性分析
• 4.4.1.1 WinCE中断概述
• 4.4.1.2 中断延迟及实时性分析
• 4.4.2 WinCE的多线程调度机制分析
• 4.4.2.1 WinCE线程优先级特性
• 4.4.2.2 WinCE执行调度的时机
• 4.4.2.3 基于优先级的时间片轮转调度算法
• 4.4.3 WinCE的内存管理
• 4.4.3.1 内存管理概述
• 4.4.3.2 内存管理相关的实时性能浅析
• 4.5 实时性优化
• 4.5.1 WinCE在实时性上的缺陷
• 4.5.2 WinCE系统中可以改进的措施
• 4.5.2.1 微软亚洲研究院的研究成果
• 4.5.2.2 RM调度算法及其可调度性判定在WinCE多线程中的应用
• 4.6 WinCE的实时性评测
• 4.6.1 ILTiming
• 4.6.2 OSbench
• 4.6.3 其他方法
• 第五章 软件可靠性分析与研究
• 5.1 软件可靠性概述
• 5.1.1 软件可靠性定义及相关因素
• 5.1.2 软件可靠性工程概述
• 5.2 软件可靠性设计
• 5.2.1 避错设计
• 5.2.2 查错设计
• 5.2.3 容错设计
• 5.3 软件可靠性测试
• 5.3.1 软件测试与软件可靠性测试
• 5.3.2 软件测试方法概述
• 5.3.3 软件可靠性测试方法
• 5.3.4 嵌入式软件测试的特点及方法
• 5.4 软件可靠性评价
• 5.4.1 软件可靠性模型的一般建立方法
• 5.4.2 典型的软件可靠性模型比较研究
• 5.4.2.1 Jelinski-Moranda模型
• 5.4.2.2 Goel-Okumoto模型
• 5.4.3 一种基于测试用例模型的构建
• 第六章 基于WinCE的电子清纱器软件系统的设计与实现
• 6.1 电子清纱器概述及功能需求
• 6.1.1 电子清纱器概述
• 6.1.2 功能需求
• 6.2 基于WinCE的电子清纱器产品的设计方案
• 6.2.1 电子清纱器硬件平台简介
• 6.2.2 软件系统设计概述
• 6.2.2.1 嵌入式操作系统的选择
• 6.2.2.2 软件开发流程
• 6.2.2.3 应用软件结构简介
• 6.3 系统实时性关键模块简析
• 6.4 系统可靠性设计、测试及评价措施简述
• 6.5 小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文