面向CPS節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著計(jì)算(Computation)、通信(Communication)、控制(Control)等3C技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類(lèi)賴(lài)以生存的物理世界正朝著網(wǎng)絡(luò)化、信息化的方向發(fā)展，信息物理融合系統(tǒng)(CPS)已經(jīng)成為全球信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。CPS注重計(jì)算資源與物理資源的緊密結(jié)合與協(xié)調(diào)，需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)和可靠地完成物理世界的感知、互聯(lián)和反饋等功能。其中，節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)是CPS的核心部分，而調(diào)度作為節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，如何設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足CPS屬性

2、要求的調(diào)度策略，對(duì)CPS現(xiàn)有的理論和技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。基于對(duì)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)和調(diào)度機(jī)制的研究與分析，考慮到節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性、開(kāi)放性、可預(yù)測(cè)性和低開(kāi)銷(xiāo)的特點(diǎn)，本文建立了一種層次式的調(diào)度框架，并設(shè)計(jì)了BWI-RIP調(diào)度策略，該策略能混合調(diào)度多種時(shí)間需求的任務(wù)，且不需要提前預(yù)知任務(wù)的相關(guān)信息，并能解決因共享資源等資源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。
　　本文首先基于節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了建模，給出系統(tǒng)的相關(guān)定義、任務(wù)模型和資

3、源模型。其次本文在已有框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究，考慮在本系統(tǒng)中有多種時(shí)間需求任務(wù)的混合存在，建立一種層次式的調(diào)度框架，該框架底層的系統(tǒng)調(diào)度器基于EDF算法對(duì)服務(wù)器的集合進(jìn)行調(diào)度，而每個(gè)服務(wù)器以一定的比率占用CPU時(shí)間，同時(shí)，服務(wù)器又調(diào)度一個(gè)任務(wù)集，為其提供資源服務(wù)。該框架能夠混合調(diào)度軟實(shí)時(shí)和硬實(shí)時(shí)任務(wù)，具有良好的可擴(kuò)展性。然后根據(jù)CPS調(diào)度的特點(diǎn)，分析了現(xiàn)有靜態(tài)調(diào)度算法在混合調(diào)度多種類(lèi)型的任務(wù)和訪問(wèn)共享資源時(shí)存在的不足:需要提前預(yù)知任務(wù)

4、相關(guān)信息。再次，在框架的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種常量帶寬服務(wù)器(CBS)算法和優(yōu)先級(jí)繼承協(xié)議(PIP)相結(jié)合的帶寬繼承協(xié)議(BWI)，既能混合調(diào)度硬實(shí)時(shí)和軟實(shí)時(shí)任務(wù)，又解決了優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。同時(shí)又將BWI與資源隔離機(jī)制（RIP）相混合，解決了硬實(shí)時(shí)任務(wù)可能錯(cuò)失時(shí)限的問(wèn)題，并針對(duì)BWI和RIP的性質(zhì)，進(jìn)行了可調(diào)度性分析，從理論上得出此策略能夠確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。最后，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比，表明本文設(shè)計(jì)的混合調(diào)度策略基本滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)目標(biāo)和CPS節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)