基于ScratchPad SRAM的嵌入式操作系统进程调度优化

论文摘要

随着嵌入式系统应用的推广，对嵌入式系统的性能要求也越来越高，高端嵌入式微处理器已经被广泛地应用，越来越多地在芯片内部集成ScratchPad存储器，提高系统性能。ScratchPad存储器是集成在处理器芯片内的存储器的统称，容量一般在256K左右，具有高读写速度和低功耗的优点。目前对ScratchPad存储器的研究主要是在节能领域和实时性领域。主要是利用ScratchPad存储器低功耗的特性，对程序段进行能耗优化；或者通过将程序中耗时比较多的程序段分配到ScratchPad存储器中，以达到提高运行速度的目的。这些应用层面的优化对整个系统的实时性的改善效果不佳。要大幅度提高系统实时性，必须在底层进行优化。本文针对ScratchPad存储器中的ScratchPad SRAM进行嵌入式操作系统进程调度优化设计。为了提高整个嵌入式系统的实时性，本文将ScratchPad SRAM和嵌入式操作系统的进程调度结合，将操作系统进程调度有关的代码和数据存储在ScratchPad SRAM中。嵌入式操作系统的源代码被重新组织，其中与进程调度相关的代码和数据被独立的分离开来，并利用交叉编译器的定址编译技术，将其编译到ScratchPadSRAM中。通过程序加载器，在编译信息的指导下，将二进制可执行文件按指定要求，分别加载到系统内存空间的指定空间，其中与进程调度相关的代码和数据被加载到ScratchPad SRAM中的代码区和数据区，其他部分被加载到主内存空间。通过在Intel PXA 270平台上的测试，经优化后的UC／OS-Ⅱ嵌入式操作系统的进程调度切换时间比未优化时平均降低27％。本文的研究表明，通过将嵌入式操作系统进程调度相关代码和数据放置到ScratchPad SRAM中，可以有效地提高进程调度的实时性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 1.5 本章小结
• 第2章 嵌入式操作系统进程调度
• 2.1 嵌入式系统概念
• 2.2 嵌入式操作系统
• 2.3 嵌入式操作系统进程调度原理
• 2.3.1 进程调度
• 2.3.2 实时调度
• 2.4 ScratchPad SRAM简介及相关研究
• 2.4.1 ScratchPad SRAM概述
• 2.4.2 ScratchPad SRAM特性
• 2.4.3 基于ScratchPad SRAM的相关研究
• 2.5 研究难点
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于ScratchPad SRAM进程调度优化设计
• 3.1 设计原则
• 3.2 设计内容
• 3.3 ScratchPad SRAM调度优化架构
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于ScratchPad SRAM进程调度优化实现
• 4.1 ScratchPad SRAM组织优化
• 4.1.1 ScratchPad SRAM划分
• 4.1.2 ScratchPad SRAM定址
• 4.2 操作系统进程调度代码组织
• 4.2.1 操作系统代码常规组织
• 4.2.2 进程调度代码和数据的抽取和组织
• 4.3 编译器定址编译
• 4.3.1 嵌入式系统编译器
• 4.3.2 编址方式
• 4.3.3 编译控制文件
• 4.3.4 定址编译
• 4.4 程序加载器
• 4.4.1 加载器特性
• 4.4.2 加载器功能
• 4.4.3 加载控制信息
• 4.4.4 加载器体系结构
• 4.5 虚拟空间映射
• 4.5.1 映射原理
• 4.5.2 线性空间规划
• 4.5.3 映射机制启动
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验结果与分析
• 5.1 实验内容
• 5.2 实验硬件环境
• 5.3 实验软件环境
• 5.4 实验方案
• 5.5 结果分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果
• 致谢