实时多任务嵌入式软件设计及软总线架构研究与实现

论文摘要

随着嵌入式系统技术的发展,越来越大型化集成化的嵌入式系统需要更为复杂的嵌入式实时多任务软件系统。由于嵌入式操作系统的实时性和调度特性,传统的对应硬件模块开发软件模块,模块生成任务,任务执行功能的简单架构方式越来越不适应大型系统的开发了。软件系统的裁剪性,架构的安全性,嵌入式系统的简洁性要求更好的系统架构方式。针对上述软件架构的需求,分析嵌入式系统特性,结合系统架构理论,本文提出了软总线架构方式。通过软总线对资源的封装,架构数据提供层,形成软件结构上的分层。使用该架构方式,进行航天预研项目的设计和开发,能够合理支持任务模块的数据资源使用,提供良好的任务调度;搭建基于该架构模型的软件实时嵌入式系统软件。通过对软件的集成测试,对其功能、性能、可靠性进行验证,对系统架构进行分析。实验结果表明该架构方案可以有效的组织和构架软件系统。使用软总线,可以有效地进行系统资源的支持和针对资源与数据的调度。使用分层架构,可以灵活的加载任务模块软件,同时保护系统资源的安全性。总之,软总线分层结构可以很好的支持复杂的嵌入式软件系统的开发。本课题的研究对嵌入式软件架构设计的研究有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 课题的主要内容和关键技术
• 第2章 实时多任务嵌入式软件设计与软总线架构
• 2.1 嵌入式操作系统
• 2.1.1 嵌入式操作VxWorks 简介
• 2.1.2 嵌入式操作VxWorks 特性
• 2.1.3 嵌入式操作VxWorks 性能指标
• 2.2 任务调度
• 2.2.1 额外的任务调度模块
• 2.2.2 使用具有调度特性的资源
• 2.2.3 软总线的引入
• 2.2.4 通过软总线的任务调度
• 2.3 共享内存的管理
• 2.4 数据提供层与针对数据的任务调度
• 2.5 软件架构
• 2.5.1 软总线架构特点
• 2.5.2 软总线架构安全可靠性分析
• 第3章 软总线架构详细设计
• 3.1 系统整体架构与资源封装
• 3.2 软总线资源接口设计
• 3.2.1 软总线资源模块系统调用接口
• 3.2.2 任务进程/中断注册接口
• 3.2.3 资源申请/释放接口
• 3.2.4 资源使用接口
• 3.2.5 软总线资源接口小结
• 3.3 软总线模块整体设计
• 3.3.1 整体设计与管理表
• 3.3.2 存储结构设计——列表与哈希表
• 3.4 软总线资源操作详细流程
• 3.4.1 任务进程和中断的建立和注册
• 3.4.2 资源申请
• 3.4.3 资源的使用
• 3.4.4 资源的释放
• 3.5 软总线安全保障
• 第4章 软总线架构设计实验项目
• 4.1 软总线结构项目实验整体框架
• 4.2 操作系统与软件开发环境
• 4.3 实验系统模块简介
• 4.4 实验项目软件架构方案
• 4.5 实验验证项目
• 第5章 实时多任务嵌入式软件软总线架构项目实验结果和验证
• 5.1 实验结果
• 5.1.1 软总线运行状态
• 5.1.2 命令的执行与资源封装的有效性
• 5.1.3 任务调度
• 5.1.4 系统架构分析
• 5.2 实验中问题分析与总结
• 5.2.1 中断的处理
• 5.2.2 系统调试和软件架构耦合度
• 第6章 结论
• 第7章 参考文献
• 第8章 发表文章目录
• 8.1 期刊杂志
• 第9章 致谢
• 第10章 附录