基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式实时系统的研究与应用

摘要

随着计算机和通信技术的快速发展，嵌入式系统以其简洁、高效等优点越来越多地受到人们的广泛关注。 嵌入式系统已经逐渐渗透到人们生活的方方面面，今天几乎所有的电子设备中都包含了嵌入式系统。 嵌入式系统不仅在民用中发挥巨大的作用，在国防建设中，它也在发挥越来越大的作用。 嵌入式微处理器和嵌入式实时操作系统是嵌入式系统中的核心，本文选取了性能稳定的实时操作系统μC/OS-Ⅱ作为本文的主要研究内容，对μC/OS-Ⅱ移植到ARM的基本理论进行了介绍，并给出了移植的核心代码。 其主要工作和研究成果体现在以下几个方面： 首先研究了USB通信原理，进行了USB设备端驱动程序设计，为水力发电监控系统中数据采集和控制模块提供了的数据传输支持，保证了系统的实时性、可靠性和稳定性； 接着详细介绍了优先级反转的现象及解决方法，在深入研究相关协议和μC/OS-Ⅱ内核的基础上提出了一种改进的优先级继承协议并在μC/OS-Ⅱ上实现了基于该协议的算法； 最后总结了各种经典的实时调度算法，对最早截止时间优先调度算法进行了评估分析，在μC/OS-Ⅱ中设计和实现了该调度算法，并结合实际以水力发电监控系统为应用研究对象，从实时的角度分析对象的特点，着重讨论实时任务的构造和实时任务调度方案，为实际系统设计提供指导。

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第一章绪论

1.1嵌入式系统的发展现状及研究意义

1.2实时操作系统关键技术指标

1.3实时操作系统中优先级反转和任务调度

1.4本文的主要研究内容

第二章 嵌入式实时操作系统μ C／OS-Ⅱ在ARM上的移植

2.1μC／OS-Ⅱ简介

2.1.1 μC／OS-Ⅱ特点

2.1.2 μC／OS-Ⅱ内核分析

2.2 ARM体系结构

2.3 μC／OS-Ⅱ在ARM上的移植研究

2.3.1 μC／OS-Ⅱ移植的条件

2.3.2 μC／OS-Ⅱ在ARM上的移植

2.4小结

第三章 设备端USB驱动程序在μC／OS-Ⅱ中的设计

3.1 USB总线的优点

3.2USB系统结构

3.2.1 USB主机

3.2.2 USB设备

3.3USB协议

3.3.1 USB的速度模式和编码方式

3.3.2 USB的总线拓扑结构

3.3.3 USB的传输类型

3.3.4 USB帧、事务和包

3.4 USB设备端驱动程序功能

3.4.1USB设备端驱动程序的编程思想

3.4.2USB设备枚举的过程

3.4.3USB设备数据传输

3.4.4USB中断处理程序

3.5小结

第四章 改进的优先级继承协议的设计与实现

4.1优先级反转

4.2优先级反转的研究方法

4.3各种操作系统中优先级反转的解决方案

4.3.1 μC／OS-Ⅱ中优先级反转处理

4.3.2其他操作系统中优先级反转处理

4.4改进的优先级继承协议及其实现

4.5小结

第五章 基于μC／OS-Ⅱ实时任务调度的实现与应用

5.1实时任务调度算法

5.1.1实时任务调度算法分类

5.1.2实时任务调度算法介绍

5.2最早截止时间优先调度分析

5.2.1任务调度分析相关术语

5.2.2可调度性分析

5.2.3最早截止时间优先调度算法在μC／OS-Ⅱ中的设计与实现

5.3μC／OS-Ⅱ最早截止时间优先调度应用

5.4小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果