基于多核處理器的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的擴(kuò)展.pdf

1、微處理器自誕生以來(lái)，性能的提升主要是通過(guò)提高主頻來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而主頻的提升要求大幅度增加晶體管的數(shù)量。巨大的晶體管數(shù)量則意味著巨大的能耗，隨之帶來(lái)的散熱問(wèn)題也日益凸顯。這些問(wèn)題在嵌入式系統(tǒng)中表現(xiàn)尤為明顯。在這樣的背景下，多核(Multi-core)的嵌入式處理器逐漸引起了人們的關(guān)注。多核處理器將兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的處理器核封裝在一個(gè)芯片內(nèi)部，從而能以較低的主頻而獲得較高的處理器性能。在嵌入式系統(tǒng)中，隨著多核處理器的應(yīng)用，相應(yīng)的系統(tǒng)軟件，如實(shí)時(shí)操

2、作系統(tǒng)、并行編譯器等也日益成為研究的熱點(diǎn)。 本文首先討論了多核處理器硬件相關(guān)的主要實(shí)現(xiàn)技術(shù)，特別是與操作系統(tǒng)接口相關(guān)的部分。然后分析了當(dāng)前的支持多核處理器的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)方式。著重討論了支持多核處理器的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，包括多核處理器的引導(dǎo)、任務(wù)調(diào)度以及多核處理器間的互斥和通信等。 Linux2.0以后的版本提供了對(duì)于對(duì)稱(chēng)多處理器構(gòu)架(SMP)的支持，本文分析了在Linux中的SMP的具體實(shí)現(xiàn)。隨后利用

3、對(duì)稱(chēng)多處理器構(gòu)架的實(shí)現(xiàn)方式，將一個(gè)原來(lái)運(yùn)行于單核處理器的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)MicroC/OS-II擴(kuò)展為一個(gè)支持多核處理器的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)MicroC/OS-SMP。作為一個(gè)運(yùn)行于多核處理器之上的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，意味著更為復(fù)雜的多任務(wù)調(diào)度機(jī)制和更為精巧的同步和互斥機(jī)制。本文討論了這些與實(shí)現(xiàn)相關(guān)的關(guān)鍵問(wèn)題，并著重討論了多核處理器上的多任務(wù)調(diào)度算法，提出了作為任務(wù)調(diào)度算法所應(yīng)該滿(mǎn)足的兩個(gè)條件，同時(shí)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)潔有效的多核處理器上的多任務(wù)調(diào)度算法

4、。 最后，基于FRi000的多核處理器平臺(tái)，移植并實(shí)現(xiàn)了MicroC/OS-SMP。同時(shí)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的測(cè)試工具和測(cè)試用例，有效地驗(yàn)證了MicroC/OS-SMP在實(shí)現(xiàn)上特別是在多任務(wù)調(diào)度方面的功能。 利用對(duì)稱(chēng)處理器構(gòu)架對(duì)于RTOS的適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展能夠使硬件的處理器個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)用程序透明，這使得實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)就能不進(jìn)行任何針對(duì)SMP的修改而運(yùn)行現(xiàn)有的應(yīng)用程序。這種特性對(duì)于原本基于單核處理器的嵌入式系統(tǒng)平滑地過(guò)渡到多核處理器平臺(tái)，