基于阈值分割的设备级OS中的IO抖动优化策略及仿真实现

摘要

随着实时系统的广泛应用和自动控制领域对设备灵活控制的需求的增加，设备级操作系统日渐发展开来。硬实时任务控制的外部设备的物理特性决定设备在开启、施动等过程中抖动不可避免，这映射到操作系统内部表现为实时调度中的任务存在抖动。它的存在会影响同一操作系统控制的不同设备间的同步，影响到系统的稳定性和可靠性。如何控制硬实时任务的IO抖动已成为当前实时调度理论研究的热点问题。
　　 本文综合评价了三种减少IO抖动的策略，针对任务存在的IO抖动问题在实时系统的周期性任务模型的基础上提出了基于阈值分割的IO抖动优化模型。利用该模型对任务的IO抖动进行分析，结果表明任务的IO抖动会随着阈值的减小而降低。通过最小化阈值分割调度模型中的阈值，可以减少硬实时任务的IO抖动，有效地控制抖动对系统稳定性带来的负面影响。本文依据RM调度算法充要条件为RM算法提出了复杂度为O((?)·n2)的最优化阈值分配算法，并依据EDF调度算法充分条件为EDF调度算法提出了复杂度为O(n)的次优化阈值分配算法。
　　 为了测试本模型减少抖动的效果，本文在MATLAB上搭建仿真平台，对其进行了仿真，并将仿真结果与其它三种减少IO抖动的模型进行了对比。结果表明，基于阈值分割的模型在典型的调度方法中可以有效的降低任务的抖动。在尽可能保证系统可调度的前提下，RJPS是减少IO抖动的最佳策略。为了更好的检验该模型在实际系统中减少IO抖动的效果，本文在Atmelmega128硬件平台上，通过对WORIX操作系统内核进行修改，完成了该模型的硬件测试。模型的硬件测试结果与仿真结果基本相符合，该模型在实际应用中也可以有效地降低任务的IO抖动。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 设备级OS面临的抖动问题

1.2 减少抖动的控制策略

1.3 论文的组织结构

第2章 调度参考模型及算法

2.1 周期性任务模型

2.1.1 任务的时间参数

2.1.2 作业的抢占与阻塞

2.1.3 非周期和偶发任务

2.1.4 调度工程模型

2.2 实时调度算法

2.2.1 固定优先级调度算法

2.2.2 动态优先级调度算法

2.3 本章小结

第3章 阈值分割模型理论分析

3.1 抖动的特征

3.1.1 作业的相关参数

3.1.2 延迟与抖动的定义

3.2 IO抖动优化策略

3.2.1 任务分割减少抖动

3.2.2 修改时限减少抖动

3.2.3 修改可抢占性减少抖动

3.3 带有阈值的周期性任务模型

3.4 固定优先级调度的延迟与抖动分析

3.4.1 任务延迟分析

3.4.2 任务的抖动分析

3.4.3 时间阈值分配算法

3.5 动态优先级调度的延迟与抖动分析

3.5.1 任务的延迟分析

3.5.2 任务的抖动分析

3.5.3 时间阈值分配算法

3.6 本章小结

第4章 模型仿真与测试

4.1 仿真程序工作原理

4.2 仿真平台搭建与实验设置

4.2.1 随机任务集的产生

4.2.2 任务调度仿真

4.2.3 延迟抖动计算

4.3 固定优先级调度的仿真结果分析

4.3.1 实验设置

4.3.2 实验结果分析

4.4 动态优先级调度的仿真结果分析

4.4.1 实验参数设置

4.4.2 仿真结果分析

4.5 硬件测试平台的搭建

4.5.1 实时任务的设计

4.5.2 时钟设置

4.5.3 实时任务调度

4.6 硬件测试结果

4.6.1 RM算法结果对比

4.6.2 EDF算法结果对比

4.7 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文贡献

5.2 工作展望

参考文献

致谢