實時操作系統(tǒng)內核研究及中斷管理的硬件實現(xiàn).pdf

1、實時操作系統(tǒng)(Real-time Operating System，RTOS)是基于可剝奪式的CPU調度方式，以其實時性強，可靠性好，移植性方便，安全性能好等優(yōu)點，被廣泛運用在航空航天、工業(yè)控制，汽車電子和核電站建設等眾多領域。本文針對實時操作系統(tǒng)內核結構、μC/OS-Ⅱ的任務管理和任務調度等理論技術做了較詳細的剖析；針對實時操作系統(tǒng)中?？臻g管理、中斷管理等關鍵技術進行了深入的研究并實現(xiàn)了硬件化設計。
　　 首先，本文深入探討了

2、實時操作系統(tǒng)的系統(tǒng)特點和體系結構，在此基礎上，分析了開源的嵌入式系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，從內核結構上闡述了μC/OS-Ⅱ的任務管理的方法，任務調度的執(zhí)行方式，由此得出任務管理是通過任務控制塊來連接整個系統(tǒng)。
　　 其次，對目前的幾種典型的RTOS進入了深入研究，發(fā)現(xiàn)隨著系統(tǒng)功能的完善，RTOS不得不與更多的外圍設備交互，任務管理和任務調度會變得更加復雜，實時性和可靠性得不到滿足。針對實時性問題，提出將內核硬件化設計的思想，將系統(tǒng)的體

3、系結構劃分為軟核和硬核，硬核作為協(xié)處理器管理應用任務，提高系統(tǒng)的實時性，使系統(tǒng)的性能得到明顯的提高。
　　 以μC/OS-Ⅱ為研究對象，針對任務?？臻g浪費，造成RAM不足的情況的問題，提出一種改進的任務?？臻g管理方法，將任務?？臻g劃分為任務棧和中斷嵌套棧。根據劃分的結構，實現(xiàn)了基于FPGA(Field-programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)平臺?？臻g管理的硬件化設計，實現(xiàn)任務?？臻g的硬件化管理。研究表

4、明采用該方法有效解決了內存空間的問題，同時使中斷切換的頻率減少，提高了處理器的執(zhí)行效率。
　　 最后，在分析μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)中斷管理時，發(fā)現(xiàn)CPU需要頻繁掃描時鐘節(jié)拍中斷服務子程序。為了減少CPU的壓力，設計了基于FPGA的中斷管理系統(tǒng)，在中斷管理系統(tǒng)中劃分了中斷源管理模塊，中斷向量管理模塊，時鐘節(jié)拍中斷管理模塊并對各模塊硬件化實現(xiàn)。通過對仿真圖的結果分析，中斷管理硬件化實現(xiàn)可以有效節(jié)約了CPU的資源，提高了處理器的執(zhí)行效率。