嵌入式操作系統(tǒng)微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件平臺(tái),它必須具有實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性高、可移植性強(qiáng)并且針對(duì)具體的應(yīng)用具有可裁剪、可配置的特點(diǎn)。隨著嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展,早期基于宏內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的嵌入式操作系統(tǒng)逐漸顯示出了其在各方面特性的缺陷。本文研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)具有高性能的嵌入操作系統(tǒng)微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)模型,并以此模型實(shí)現(xiàn)了一個(gè)嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)——MKOS。
　　 本文在研究現(xiàn)有的操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,分析了各種操作系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的

2、優(yōu)缺點(diǎn)及其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題,并結(jié)合當(dāng)前嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用特點(diǎn),提出了一個(gè)相比同類嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有更高性能的設(shè)計(jì)方案:基于低層次抽象的微內(nèi)核構(gòu)架(其具有實(shí)時(shí)性好、性能優(yōu)、可裁性強(qiáng)等特點(diǎn))；并且系統(tǒng)的應(yīng)用接口實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn),便于應(yīng)用程序的移植與開發(fā)。
　　 在微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中:首先,深入分析微內(nèi)核的結(jié)構(gòu)框架和底層硬件的抽象層。對(duì)第一代微內(nèi)核、第二代微內(nèi)核及外核結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)合當(dāng)前嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用需

3、求特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種更為合理的嵌入式微內(nèi)核體系框架:基于標(biāo)準(zhǔn)的第二代微內(nèi)核操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模式,并且參照了外核結(jié)構(gòu)的良好擴(kuò)展性的低級(jí)硬件抽象模型設(shè)計(jì)體系結(jié)構(gòu)中的硬件抽象層。然后,分析影響微內(nèi)核的性能的因素,以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了微內(nèi)核中的核心抽象模塊。最后,著重對(duì)影響微內(nèi)核性能的進(jìn)程間通信和地址空間切換進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出一種基于地址映射的IPC模型來(lái)提高進(jìn)程間通信的速度；同時(shí)為了減少地址空間切換過(guò)程的系統(tǒng)開銷,設(shè)計(jì)了一種具有雙堆棧的進(jìn)程／線程模型

4、,能很大程度地減少地址空間切換的系統(tǒng)開銷,從而提高嵌入式微內(nèi)核操作系統(tǒng)的性能。
　　 在嵌入式微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,本文在μC／OS-Ⅱ開源操作系統(tǒng)原型上,依據(jù)本文設(shè)計(jì)的微體統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型原理對(duì)μC／OS-Ⅱ中的核心模塊進(jìn)行修改,實(shí)現(xiàn)了MKOS嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)。
　　 為了驗(yàn)證微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的運(yùn)行性能,將MKOS嵌入式實(shí)時(shí)微內(nèi)核操作系統(tǒng)在AT89C52(8位)的單片機(jī)平臺(tái)和LPC2124(32位)ARM7嵌入式