基于ARM Cortex-A9 MPCore嵌入式多核操作系統(tǒng)內(nèi)核研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，相較之4、5年前，多核處理器價格已經(jīng)十分低廉，并且在linux、android等操作系統(tǒng)的支持下，大到汽車多媒體系統(tǒng)，小到智能手表，無不在通過一塊多核芯片為人們帶來高效與便捷的服務(wù)。然而對于多核處理器及其操作系統(tǒng)原理研究卻不像單核時代那么簡單。一方面芯片廠商對產(chǎn)品部分資料保密，并且不提供裸板級的開發(fā)支持。另一方面支持多核的嵌入式操作系統(tǒng)及其資料雖然有很多，但大多只提供應(yīng)用級開發(fā)支持與說明，對其內(nèi)核原理分析非常有限

2、。這些問題都為研究多核硬件原理以及多核操作系統(tǒng)技術(shù)帶來了不便，也是高校中，嵌入式課程與實踐中多核技術(shù)教學(xué)缺乏、多核技術(shù)研究實驗很少采用真實硬件的重要原因之一。
　　為改善上述狀況，本論文選擇以搭載有ARM Cortex A9 MPCore雙核的Zynq-7000平臺作為硬件研究對象，深入分析了多核處理器中多cpu協(xié)同工作原理。同時對單核嵌入式實時操作系統(tǒng)ucos-iii各功能模塊的實現(xiàn)原理與工作流程進(jìn)行了深入研究，并對其啟動、任務(wù)

3、管理、互斥同步、中斷管理和時鐘管理的smp支持性進(jìn)行了分析。隨后結(jié)合smp對稱多處理器操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，提出與設(shè)計了對ucos-iii進(jìn)行smp擴(kuò)展的方案。
　　本文首先通過將多核核間中斷與內(nèi)存共享相結(jié)合，設(shè)計了核間通信機制。然后在任務(wù)管理方面，提出采用Per-CPU就緒任務(wù)隊列模型，對各cpu私有內(nèi)核資源進(jìn)行隔離，并基于核間通信機制擴(kuò)展了核間任務(wù)管理方法。除此之外還設(shè)計了基于自旋鎖的內(nèi)核鎖與關(guān)中斷+自旋鎖機制，為互斥與同步的多核

4、化改造提供支持。
　　最后，本文在前面提出的擴(kuò)展方案的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了核間通信，并對單核嵌入式操作系統(tǒng)ucos-iii中系統(tǒng)啟動、任務(wù)管理、同步互斥這三個模塊進(jìn)行了smp擴(kuò)展實現(xiàn)，并將擴(kuò)展后的ucos-smp在搭載有Zynq-7000芯片的mi-z702嵌入式開發(fā)板上進(jìn)行了移植與部署。同時對ucos-smp中擴(kuò)展部分在真實硬件環(huán)境下進(jìn)行了一系列功能實現(xiàn)正確性驗證與性能指標(biāo)測試。測試結(jié)果表明，ucos-smp功能實現(xiàn)達(dá)到預(yù)期，綜合性能