嵌入式实时操作系统内核AcoolOS的设计与实现

论文摘要

在嵌入式领域,随着微处理器性能的提高,系统复杂度越来越高,实时操作系统RTOS（Real Time Operating System）正得到越来越广泛的应用。但是,目前市场上应用广泛的多是一些付费的RTOS,即使可以在网络上下载一些免费的操作系统,但其又存在系统服务功能过于简单,应用层接口函数较少,稳定性得不到保证等方面的不足。为此,本课题研究并实现了一个实时操作系统内核一AcoolOS（a cool operating system）。本课题实现的实时操作系统内核一AcoolOS,它支持多任务,采用基于优先级的可抢占式调度,对相同优先级的任务可采用时间片轮转调度或按任务就绪的先后顺序来调度；对于中断的处理分为两种形式：LISR（Low-Level Interrupt Service Routine）与HISR（High-Level Interrupt Service Routine）,分别用于处理那些需要及时做出响应的事务和可以稍后处理的事务；对于任务间的通信提供了消息队列的机制；对于任务间的同步提供了互斥信号量机制；对于资源的共享提供了计数信号量机制。另外,它还提供了内存管理功能和时间管理功能,为用户提供了齐全的应用接口。在结构上,AcoolOS采用模块化的结构,用户可根据需要方便地进行裁剪；在功能上,AcoolOS为用户提供了任务管理、中断管理、信号量、时间管理、内存管理、消息队列等常用的接口函数。在实时性上,由于采用优先级位图算法,可保证任务调度的时间确定性。AcoolOS在基于ARM的处理器上实现,并基于此操作系统进行了实际项目开发。实践证明,此操作系统运行良好,有很好的可靠性、实时性,可满足大部分实时系统开发的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 RTOS技术现状
• 1.1.2 RTOS技术发展趋势
• 1.2 课题研究的内容与意义
• 1.3 论文组织结构
• 第二章 AcoolOS开发平台的构建
• 2.1 S3C2440A硬件平台
• 2.2 RealView软件开发工具
• 第三章 AcoolOS内核的设计与实现
• 3.1 AcoolOS体系结构
• 3.2 任务管理模块
• 3.2.1 数据结构
• 3.2.2 基于优先级的抢占式调度
• 3.2.3 基于时间片的调度
• 3.2.4 任务切换
• 3.3 中断管理模块
• 3.3.1 中断的分类
• 3.3.2 中断的处理
• 3.4 时间管理模块
• 3.4.1 时间管理模块的功能
• 3.4.2 系统时钟
• 3.4.3 周期性调度的时钟
• 3.5 通信模块
• 3.5.1 通信方式
• 3.5.2 通信机制
• 3.5.3 消息队列机制的设计与实现
• 3.6 信号量模块
• 3.6.1 信号量的分类
• 3.6.2 互斥信号量的设计与实现
• 3.6.3 计数信号量的设计与实现
• 3.7 内存管理模块
• 3.7.1 内存管理概述
• 3.7.2 固定大小存储区管理的设计与实现
• 3.7.3 可变大小存储区管理的设计与实现
• 3.8 初始化模块
• 第四章 AcoolOS应用层API接口函数
• 4.1 系统初始化函数
• 4.2 任务管理函数
• 4.3 中断管理函数
• 4.3.1 HISR函数
• 4.3.2 LISR函数
• 4.4 时钟函数
• 4.5 消息队列函数
• 4.6 信号量函数
• 4.6.1 互斥信号量函数
• 4.6.2 计数信号量函数
• 4.7 内存管理函数
• 4.7.1 固定大小内存管理函数
• 4.7.2 可变大小内存管理函数
• 第五章 AcoolOS的测试与性能分析
• 5.1 AcoolOS的应用测试
• 5.1.1 Locust工程简介
• 5.1.2 测试
• 5.2 性能分析
• 5.2.1 时间性能指标
• 5.2.2 存储开销
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢