實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核研究及中斷管理的硬件實(shí)現(xiàn).pdf

1、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real-time Operating System，RTOS)是基于可剝奪式的CPU調(diào)度方式，以其實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性好，移植性方便，安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用在航空航天、工業(yè)控制，汽車電子和核電站建設(shè)等眾多領(lǐng)域。本文針對實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)、μC/OS-Ⅱ的任務(wù)管理和任務(wù)調(diào)度等理論技術(shù)做了較詳細(xì)的剖析；針對實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中?？臻g管理、中斷管理等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究并實(shí)現(xiàn)了硬件化設(shè)計(jì)。
　　 首先，本文深入探討了

2、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，分析了開源的嵌入式系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，從內(nèi)核結(jié)構(gòu)上闡述了μC/OS-Ⅱ的任務(wù)管理的方法，任務(wù)調(diào)度的執(zhí)行方式，由此得出任務(wù)管理是通過任務(wù)控制塊來連接整個(gè)系統(tǒng)。
　　 其次，對目前的幾種典型的RTOS進(jìn)入了深入研究，發(fā)現(xiàn)隨著系統(tǒng)功能的完善，RTOS不得不與更多的外圍設(shè)備交互，任務(wù)管理和任務(wù)調(diào)度會變得更加復(fù)雜，實(shí)時(shí)性和可靠性得不到滿足。針對實(shí)時(shí)性問題，提出將內(nèi)核硬件化設(shè)計(jì)的思想，將系統(tǒng)的體

3、系結(jié)構(gòu)劃分為軟核和硬核，硬核作為協(xié)處理器管理應(yīng)用任務(wù)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，使系統(tǒng)的性能得到明顯的提高。
　　 以μC/OS-Ⅱ?yàn)檠芯繉ο螅槍θ蝿?wù)?？臻g浪費(fèi)，造成RAM不足的情況的問題，提出一種改進(jìn)的任務(wù)?？臻g管理方法，將任務(wù)?？臻g劃分為任務(wù)棧和中斷嵌套棧。根據(jù)劃分的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了基于FPGA(Field-programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)平臺棧空間管理的硬件化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)?？臻g的硬件化管理。研究表

4、明采用該方法有效解決了內(nèi)存空間的問題，同時(shí)使中斷切換的頻率減少，提高了處理器的執(zhí)行效率。
　　 最后，在分析μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)中斷管理時(shí)，發(fā)現(xiàn)CPU需要頻繁掃描時(shí)鐘節(jié)拍中斷服務(wù)子程序。為了減少CPU的壓力，設(shè)計(jì)了基于FPGA的中斷管理系統(tǒng)，在中斷管理系統(tǒng)中劃分了中斷源管理模塊，中斷向量管理模塊，時(shí)鐘節(jié)拍中斷管理模塊并對各模塊硬件化實(shí)現(xiàn)。通過對仿真圖的結(jié)果分析，中斷管理硬件化實(shí)現(xiàn)可以有效節(jié)約了CPU的資源，提高了處理器的執(zhí)行效率。