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基于FPGA的μC/OS-Ⅱ操作系统任务调度算法的研究与实现

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基于FPGA的μC/OS-Ⅱ操作系统任务调度算法的研究与实现

作者：丁宇涛哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着嵌入式技术的飞速发展,嵌入式实时操作系统的应用场景越来越广泛,同时一些机械设备和军工科技也对嵌入式实时操作系统的实时性和可靠性提出了更高的要求。针对实时内核的改进不在少数,但仅在软核上改进算法已无法明显改善系统的实时... 详细信息

随着嵌入式技术的飞速发展,嵌入式实时操作系统的应用场景越来越广泛,同时一些机械设备和军工科技也对嵌入式实时操作系统的实时性和可靠性提出了更高的要求。针对实时内核的改进不在少数,但仅在软核上改进算法已无法明显改善系统的实时性,而目前基于FPGA的硬件技术的发展比较成熟,硬件逻辑并行处理数据能够节省大量的系统时间,因此在改进软核算法的基础上,将软核硬件化是当前主流的研究方向。本文选取μC/OS-Ⅱ操作系统为研究对象。首先针对其调度算法仅支持基于优先级的调度策略限制系统应用场景的问题,分析现有的调度算法,提出两级混合调度策略。第一级调度保留原内核基于优先级的策略,第二级调度采用同优先级调度策略,实时任务采用时间片轮转算法,非实时任务采用先来先服务算法。由此来为原内核增加同级调度并扩充支持的任务数。其次,任务间通信机制是任务调度必不可少的部分,针对μC/OS-Ⅱ操作系统中互斥信号量机制频繁挂起任务开销较大的问题,对互斥信号量进行改进,将其实现机制进一步划分为读和写操作,使得在一个读任务占有信号量时,其它想读共享资源的任务依然可以申请到信号量,达到读/读共享、读/写互斥、写/写互斥,从而提高任务之间通信的执行效率。最后在Altera公司的Quartus Ⅱ软件开发环境下,采用Verilog硬件描述语言分别完成改进后的任务管理和任务调度以及互斥信号量模块的硬件实现,并完成各部分的功能仿真及验证。

关键词： FPGA μC/OS-Ⅱ操作系统任务调度互斥信号量

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嵌入式操作系统中互斥机制研究

信息技术与信息化 2022年第2期 101-104页

作者：侯光霞贠海顺卫进航空工业西安航空计算技术研究所陕西西安710068

为了让嵌入式操作系统应用及驱动开发人员充分理解并正确使用操作系统提供的互斥机制,在介绍了临界区和临界资源的基础上,阐述并对比了单核操作系统和多核操作系统提供的互斥机制,包括单核嵌入式操作系统下的关调度、禁止中断和互斥信号... 详细信息

为了让嵌入式操作系统应用及驱动开发人员充分理解并正确使用操作系统提供的互斥机制,在介绍了临界区和临界资源的基础上,阐述并对比了单核操作系统和多核操作系统提供的互斥机制,包括单核嵌入式操作系统下的关调度、禁止中断和互斥信号量,多核嵌入式操作系统下的原子操作、自旋锁、互斥信号量,明确了各类互斥机制的特征及适用场景。为开发人员可选择合适的互斥机制提供帮助,有利于保证嵌入式软件的正确、稳定运行,实现软件质量的提升。

关键词：互斥原子操作自旋锁互斥信号量多核

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共享内存在高效进程间通信中的应用研究

现代信息科技 2023年第18期7卷 125-128页

作者：江立陆志恩广州南方学院广东广州510970

在Linux系统中两个或多个进程间通信,是实现计算机内部传递信息的机制,它们之间是同步的关系,多个协作进程间完成数据的共享、消息的交换。文章基于Ubuntu 12操作系统环境,通过共享内存通信的方式设计一种基于多进程的同步关系,它们共... 详细信息

在Linux系统中两个或多个进程间通信,是实现计算机内部传递信息的机制,它们之间是同步的关系,多个协作进程间完成数据的共享、消息的交换。文章基于Ubuntu 12操作系统环境,通过共享内存通信的方式设计一种基于多进程的同步关系,它们共享内存的同步通信机制。文章详细描述了该机制的设计原理和实现方式,并采用内核文件shm.h实现了进程同步,通过内存片段共享机制减少多个进程之间的切换时间,实现了共享内存在多进程间的高效通信。

关键词： PV操作协作进程共享内存互斥信号量

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一种解决μC/OS中优先级反转问题的方案

微计算机信息 2007年第5Z期23卷 58-59,64页

作者：周绪川西南民族大学计算机科学与技术学院

针对实时系统中的优先级反转问题,提出了一种采用优先级继承机制来解决优先级反转问题的方案,并给出了在μC/OS中的实现。该方案基于互斥信号量,描述了相应的数据结构和主要算法并对算法作了简要的分析。

关键词：实时系统优先级反转优先级继承互斥信号量

关于linux操作系统嵌入式机制及快速启动的研究

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关于linux操作系统嵌入式机制及快速启动的研究

作者：王亚军首都师范大学

学位级别：硕士

本文对linux在嵌入式系统中的运用机制及快速启动问题进行研究,主要研究内容包括:在深入分析Linux内核源代码的基础之上,从内核中内存管理、进程管理、文件系统、网络管理这些主要方面,通过修改内核源代码,研究Linux内核适用于嵌入式系... 详细信息

本文对linux在嵌入式系统中的运用机制及快速启动问题进行研究,主要研究内容包括:在深入分析Linux内核源代码的基础之上,从内核中内存管理、进程管理、文件系统、网络管理这些主要方面,通过修改内核源代码,研究Linux内核适用于嵌入式系统的机制。仅有内核并不能构成一个完整的可用的操作系统,还要考虑Shell的大小以及与应用程序运行相关的C库问题,使整个Linux系统能够存放到容量较小的CF卡中。隐藏用于提示系统启动进度的字符信息,在Linux启动的过程中保持一幅开机画面。重新编写Linux系统的启动和退出脚本,实现系统的快速启动和快速退出。本文首先阐述了对Linux内核源代码修改的研究,Linux操作系统本身的某些特征不能满足嵌入式系统的要求,必须对这些特征进行修改。论文主要从内存管理、进程管理、文件系统、网络管理方面对内核代码进行分析并做了修改。在内存管理部分,本文提出了裁减内核以屏蔽页面交换机制的方法和具体实现。在进程管理部分,针对互斥信号量机制的不足,本文对信号量等待队列进行了优化,并解决了优先级倒转问题。在文件系统部分,主要工作是屏蔽特殊文件系统shm,以配合内存管理部分的修改。在网络管理部分,为减小TCP/IP协议栈大小,本文采用了瑞典计算机科学协会下的计算机与网络结构实验室开发的1wip。系统小型化是linux应用于嵌入式系统的基本工作。要将Linux用于嵌入式系统就得对其定制,使得整个Linux系统能够存放到容量较小的CF卡中。一个典型的Linux系统包括3个主要的软件层:Linux内核、C库和shell及应用程序。本文主要从内核修改、内核配置、嵌入式C库、嵌入式shell等方面对系统小型化进行研究。在默认的情况下,Linux在启动时,会在显示器上显示出一行一行的字符用于提示目前系统启动的进度,这对于用户来说是不必要的,本文取而代之的方法是在Linux启动的过程中保持一幅自定义的开机画面。标准Linux系统从硬件加电启动到字符登录界面的出现,以及从执行关机操作到机器掉电,都会花费数分钟的时间,这对于嵌入式产品的用户来讲是无法忍受的。本文对系统的启动全过程进行了深入分析,并提出了实现系统快速启动和快速退出的方法。

关键词： Linux内核嵌入式系统嵌入式linux系统临界区信号量互斥信号量优先级倒转内存管理进程管理文件系统网络管理系统引导

基于FPGA的μC/OS-Ⅱ通信机制的硬件实现

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基于FPGA的μC/OS-Ⅱ通信机制的硬件实现

作者：赵玉凤青岛大学

学位级别：硕士

现如今的操作系统都是单纯的软件,如Windows,Android,iOS,嵌入式系统中的VxWorks等。人们将PC划分为完全独立的两个部分——软件部分和硬件部分,这种划分机制在技术上已经取得了长足的发展。但随着芯片技术和物联网技术的不断发展,这种... 详细信息

现如今的操作系统都是单纯的软件,如Windows,Android,iOS,嵌入式系统中的VxWorks等。人们将PC划分为完全独立的两个部分——软件部分和硬件部分,这种划分机制在技术上已经取得了长足的发展。但随着芯片技术和物联网技术的不断发展,这种划分机制无法满足当前社会对于操作系统各方面需求,需要进行技术的创新。操作系统硬件化成为解决软硬件划分问题的新技术。操作系统硬件化有两种方式,一是完全硬件化,一种是部分硬件化。由于完全硬件化使用范围较低,硬件更新速度较快,技术复杂,于是我们多采用部分硬件化,即将一个实时操作系统划分为H/W和S/W这两部分,一部分功能用硬件实现。合理的软硬件划分将会能够增强系统性能,减少其运行时间和任务响应时间。本设计以μC/OS-Ⅱ实时操作系统为研究基础,将μC/OS-Ⅱ操作系统任务通信机制中的互斥型信号量和消息邮箱进行了硬件化设计。将任务通信机制中的创建、发送、请求、删除等具体操作采用Verilog硬件描述语言进行硬件逻辑设计,实时操作系统的软核只需要将任务命令字发送给硬件逻辑,由硬件执行这些功能。ALTERA公司的DE1OC开发板内部集成了CYCLONE V型FPGA和ARM CORTEX-A9处理器,功能十分强大。设计中将最终实现的硬核部署到DE1-SOC的FPGA区域,并将软核部分移植到CORTEX-A9处理器上,实现在一块芯片中构建完整的HERTOS。

关键词：硬件嵌入式实时操作系统互斥信号量消息邮箱 Verilog HDL

基于μC/OS-Ⅲ操作系统的SQLite数据库的移植与分析

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基于μC/OS-Ⅲ操作系统的SQLite数据库的移植与分析

作者：杨有波河北工业大学

学位级别：硕士

随着嵌入式技术的不断发展，传统的嵌入式数据处理方式已越来越难满足用户对数据管理需求的日渐提高。而嵌入式实时数据库的出现很好的解决了传统嵌入式系统对数据管理能力不足的缺点。SQLite数据库是一种开源的、简洁的、高效的嵌入式... 详细信息

随着嵌入式技术的不断发展，传统的嵌入式数据处理方式已越来越难满足用户对数据管理需求的日渐提高。而嵌入式实时数据库的出现很好的解决了传统嵌入式系统对数据管理能力不足的缺点。SQLite数据库是一种开源的、简洁的、高效的嵌入式实时内存数据库，它直接运行在应用程序中，作为托管它的程序的一部分，而无需对其进行配置。在软件开发设计时，SQLite数据库特别注重可移植性，现已很好的移植到许多嵌入式平台上，并在嵌入式系统中发挥了重要作用。本文的主要工作如下：首先，在查阅了相关文献的基础之上，针对目前小型嵌入式系统的数据处理主要基于文件方式，存在数据管理能力有限、可移植性差等缺点，分析了嵌入式数据库SQLite的特点，并探讨利用SQLite数据库在小型嵌入式系统中的应用来解决这些不足。另外，鉴于嵌入式操作系统μC/OS-Ⅲ在小型嵌入式系统中的广泛使用，本文同时研究分析了其内核结构。其次，为提高基于μC/OS-Ⅲ平台的软件对数据的处理能力、降低软件开发难度，本文对SQLite数据库在μC/OS-Ⅲ操作系统上的移植技术进行了研究和分析。具体内容包括：按照软件移植理论，通过对数据库的体系结构和源代码的分析，给出了SQLite在μC/OS-Ⅲ上的移植方法;SQLite的操作系统接口由互斥信号量子系统、内存分配子系统、虚拟文件系统子系统三部分组成，通过对这三部分的配置或重新编写，成功的将其移植到μC/OS-Ⅲ操作系统上。最后，以SQLite数据库在温室环境监控系统中的应用来检验数据库在多任务环境下的数据存储管理能力，并对移植后的数据库的性能进行了分析，给出了实验结果，验证了所提方法的有效性。

关键词：嵌入式数据库操作系统接口互斥信号量内存分配虚拟文件系统