隨著國內(nèi)工業(yè)化、數(shù)字化的迅速發(fā)展，嵌入式開發(fā)在IT行業(yè)中的重要性越來越顯著。嵌入式開發(fā)領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的功能性、穩(wěn)定性、實(shí)時性等方面的要求也越來越高。 采用嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，以高性能的嵌入式處理器為工業(yè)控制等領(lǐng)域的主控制器可以有效地提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時性、和軟件編程的靈活性。在嵌入式處理器方面，ARM構(gòu)架已經(jīng)在高性能、低功耗、低成本的嵌入式領(lǐng)域里占領(lǐng)先地位。而在嵌入式操作系統(tǒng)方面，適合國內(nèi)發(fā)展方向的解決方案以及系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面并不理想。首先，國外成熟的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)大都成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合強(qiáng)實(shí)時應(yīng)用；其次，因大部分實(shí)時操作系統(tǒng)不公開源碼，使開發(fā)的產(chǎn)品存在安全隱患。而類似μC/OS-II的小型強(qiáng)實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核雖然具有低成本、易控制、小規(guī)模、高性能等特性，但這類系統(tǒng)的基礎(chǔ)較為薄弱，面臨產(chǎn)品化和商業(yè)化還有一定的距離。 本文針對這種情況，結(jié)合現(xiàn)有的操作系統(tǒng)內(nèi)核理論及嵌入式強(qiáng)實(shí)時系統(tǒng)的特殊需求，特別是對μC/OS-Ⅱ的研究分析基礎(chǔ)上，面向強(qiáng)實(shí)時應(yīng)用，設(shè)計(jì)、構(gòu)造了一種適合在32位ARM處理器環(huán)境下使用的內(nèi)核。這樣做的目的是為了提供一個基礎(chǔ)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(huán)境中高效、簡潔、易擴(kuò)展、易剪裁的要求，對內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)。內(nèi)核整體上采用分層結(jié)構(gòu)，在各層中采用功能相對獨(dú)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(tǒng)快速和穩(wěn)定的實(shí)時響應(yīng)能力需求，為IRQ中斷建立了統(tǒng)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(yīng)場合使用；引入中斷分段處理機(jī)制解決中斷和任務(wù)的ITC機(jī)制共享，需要硬保護(hù)機(jī)制相互協(xié)調(diào)所引起的硬保護(hù)機(jī)制被隱性地泛濫使用問題。 針對應(yīng)用提出的系統(tǒng)行為的可預(yù)測性需求，在調(diào)度算法方面采用基于優(yōu)先級位圖的搶占閾值調(diào)度算法，提高了處理器的利用率和任務(wù)集合的可調(diào)度性，減少了內(nèi)核存儲開銷；在共享資源訪問控制方面，以優(yōu)先級天花板協(xié)議為依據(jù)，使用互斥事件解決優(yōu)先級反轉(zhuǎn)和死鎖問題的發(fā)生。 為了保障系統(tǒng)的強(qiáng)實(shí)時性能，本文還對內(nèi)核的時鐘管理、內(nèi)存管理等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后，通過實(shí)時性能測試，結(jié)果表明該實(shí)時內(nèi)核有很好的強(qiáng)實(shí)時特性。
標(biāo)簽：
ARM
嵌入式
內(nèi)核設(shè)計(jì)
上傳時間：
2013-04-24
上傳用戶：alia
