基于FPGA的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)互斥鎖硬件化技術(shù)研究.pdf

1、隨著嵌入式系統(tǒng)的普及應(yīng)用，選用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）作為其基礎(chǔ)軟件平臺(tái)已成為必然選擇。然而，由于嵌入式系統(tǒng)的強(qiáng)實(shí)時(shí)約束，導(dǎo)致RTOS無(wú)法對(duì)資源競(jìng)爭(zhēng)等高復(fù)雜度的操作提供全面的安全防護(hù)。隨著嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、并行化、智能化發(fā)展趨勢(shì)日益顯著，由應(yīng)用系統(tǒng)自行保障可靠性的傳統(tǒng)方式將捉襟見肘。
　　 采用軟硬件協(xié)同手段，對(duì)RTOS功能模塊進(jìn)行硬化處理及功能重構(gòu)，是一種兼顧系統(tǒng)實(shí)時(shí)性及可靠性的有效手段，因而成為當(dāng)前RTOS研究的熱點(diǎn)之一。

2、
　　 本文在分析現(xiàn)有RTOS中互斥鎖功能模塊安全防護(hù)缺陷基礎(chǔ)上，以現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)為硬件平臺(tái)，對(duì)互斥鎖的硬件化處理若干關(guān)鍵技術(shù)開展研究，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套基于FPGA的原型系統(tǒng)HM-RTOS，以提高RTOS在復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景中資源競(jìng)爭(zhēng)處理的可靠性。
　　 本文的主要研究工作如下:
　　 1)在對(duì)VxWorks5.4、Rtems4.10.0、μC/OS-Ⅱ2.86、μC/OS-Ⅲ、ThreadX3.0、RT

3、-Thread0.3.0多個(gè)RTOS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有優(yōu)先級(jí)繼承協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法的缺陷，提出了基于鏈?zhǔn)絻?yōu)先級(jí)繼承和回落優(yōu)先級(jí)的改進(jìn)方案。
　　 2)以提高互斥鎖功能模塊可靠性為入手點(diǎn)，對(duì)互斥鎖硬件化處理中的若干關(guān)鍵技術(shù)開展研究，包括:優(yōu)先級(jí)繼承樹模型、軟硬件互連形態(tài)、互斥鎖硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　 3)基于FPGA設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)包含MutexMU互斥鎖硬件單元的原型系統(tǒng)HM-RTOS，通過(guò)功能及性能測(cè)試驗(yàn)證了其有效