隨著國內工業化、數字化的迅速發展，嵌入式開發在IT行業中的重要性越來越顯著。嵌入式開發領域對產品的功能性、穩定性、實時性等方面的要求也越來越高。 采用嵌入式實時操作系統作為開發平臺，以高性能的嵌入式處理器為工業控制等領域的主控制器可以有效地提高系統的可靠性、實時性、和軟件編程的靈活性。在嵌入式處理器方面，ARM構架已經在高性能、低功耗、低成本的嵌入式領域里占領先地位。而在嵌入式操作系統方面，適合國內發展方向的解決方案以及系統基礎結構方面并不理想。首先，國外成熟的嵌入式實時操作系統大都成本高、結構復雜，不適合強實時應用；其次，因大部分實時操作系統不公開源碼，使開發的產品存在安全隱患。而類似μC/OS-II的小型強實時嵌入式操作系統內核雖然具有低成本、易控制、小規模、高性能等特性，但這類系統的基礎較為薄弱，面臨產品化和商業化還有一定的距離。 本文針對這種情況，結合現有的操作系統內核理論及嵌入式強實時系統的特殊需求，特別是對μC/OS-Ⅱ的研究分析基礎上，面向強實時應用，設計、構造了一種適合在32位ARM處理器環境下使用的內核。這樣做的目的是為了提供一個基礎牢固、值得信賴的基本平臺。 本文研究工作主要集中在以下幾個方面： 針對嵌入式環境中高效、簡潔、易擴展、易剪裁的要求，對內核體系結構框架進行了設計。內核整體上采用分層結構，在各層中采用功能相對獨立的模塊：在最底層借鑒微核的原理，只提供最基本的功能模塊。 針對系統快速和穩定的實時響應能力需求，為IRQ中斷建立了統一的中斷入口，采用合理的半嵌套工作方式；保留FIQ為不可屏蔽中斷，在快速反應場合使用；引入中斷分段處理機制解決中斷和任務的ITC機制共享，需要硬保護機制相互協調所引起的硬保護機制被隱性地泛濫使用問題。 針對應用提出的系統行為的可預測性需求，在調度算法方面采用基于優先級位圖的搶占閾值調度算法，提高了處理器的利用率和任務集合的可調度性，減少了內核存儲開銷；在共享資源訪問控制方面，以優先級天花板協議為依據，使用互斥事件解決優先級反轉和死鎖問題的發生。 為了保障系統的強實時性能，本文還對內核的時鐘管理、內存管理等方面進行了設計。最后，通過實時性能測試，結果表明該實時內核有很好的強實時特性。
標簽：
ARM
嵌入式
內核設計
上傳時間：
2013-04-24
上傳用戶：alia
