基于VxWorks的异构多核处理器软件系统的研究与设计

论文摘要

随着集成电路工艺的不断进步以及处理器体系的发展,异构多核处理器在嵌入式领域中得到了广泛的应用。但是,与硬件的飞速发展相比,对异构多核处理器的软件支持却比较落后,针对异构多核处理器进行应用软件开发的难度大,开发效率低。本文首先对VxWorks内核的源代码进行了深入的剖析,从最底层的数据结构开始,通过数据结构之间的关联关系全面的展示了整个内核的构成,并对操作系统内核在任务调度、内核抢占、任务通信、内存分配时的变化进行了动态的分析,对VxWorks内核特有的工作延期机制进行了分析。在深入分析的基础上对VxWorks进行了扩展,针对目标处理器的特点,构建了支持异构多核处理器中通用处理器(GPP)核和数字信号处理器(DSP)核对等编程的软件系统,使得运行在DSP核上的应用也能够和GPP核上的应用一样调用操作系统提供的各种应用程序接口(API),以简单的、符合程序员设计习惯的方式实现了对异构多核处理器的控制;扩展了VxWorks的中断机制和任务管理机制,实现了异构多核环境下的中断管理和任务管理;针对目标处理器提供的共享数据池(SDP)的特点,利用VxWorks提供的底层数据结构,设计了适用于流水作业计算模型的、硬件特性对程序员透明的通信机制。本文最后对设计的支持异构多核处理器的软件系统进行了实际的测试和验证。实验结果表明设计的软件系统能够正确的操纵异构多核处理器,利用SDP实现DSP核间通信。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 研究意义
• 1.4 本文主要工作和创新点
• 1.5 本文组织结构
• 第二章 VXWORKS 操作系统内核分析
• 2.1 整体结构
• 2.2 任务的组织管理
• 2.3 任务调度
• 2.3.1 任务状态的转换和上下文切换
• 2.3.2 基于优先级的抢占式调度
• 2.3.3 优先级继承防止优先级反转
• 2.3.4 轮转式调度
• 2.3.5 调度器的设计
• 2.4 任务间通信和同步机制
• 2.4.1 共享内存
• 2.4.2 信号量
• 2.4.3 消息队列
• 2.4.4 管道
• 2.5 中断管理
• 2.5.1 中断与中断服务程序
• 2.5.2 工作延期机制
• 2.5.3 与RTEMS 中断性能的比较
• 2.6 存储管理
• 2.6.1 内存布局
• 2.6.2 内存组织结构
• 2.6.3 内存分配
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于VXWORKS 的异构多核支持的设计
• 3.1 异构多核处理器的结构
• 3.2 支持异构多核的软件系统总体设计
• 3.2.1 设计目标
• 3.2.2 GPP 和DSP 对等编程的操作系统模型
• 3.2.3 软件系统的总体结构
• 3.2.4 该模型下的程序设计约束
• 3.3 DSP 核API 调用请求模块OSLIB 的设计
• 3.3.1 调用API 的过程
• 3.3.2 支持的API
• 3.4 DSP 中断管理和DSP 任务调度管理模块的设计
• 3.4.1 DSP 任务的创建和调度
• 3.4.2 MBI 中断服务的设计
• 3.4.3 API 函数调用的具体处理
• 3.4.4 WDT 中断服务的设计
• 3.5 基于SDP 的适用于流计算的DSP 核间通信机制
• 3.5.1 SDP 概述
• 3.5.2 基于SDP 的通信机制设计
• 3.6 软件系统的编译和链接
• 3.6.1 LEON 端模块的编译和链接
• 3.6.2 DSP 任务模块的编辑、编译、链接
• 3.6.3 混合链接
• 3.7 本章小结
• 第四章 测试验证
• 4.1 模拟器简介
• 4.2 实验验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录A 任务控制块结构体中各个域的含义
• 附录B OSLIB 中的主要代码
• 附录C DSPLIB 中DSP 任务创建的主要代码
• 附录D DSPLIB 中响应API 请求的主要代码
• 附录E SDPLIB 的主要代码
• 附录F DSPLIB 中从读写DSP 端数据、触发RESET 中断的基本函数