嵌入式操作系统CM3-OS的完善

摘要

随着嵌入式系统的应用需求日益复杂和市场竞争的不断加剧，传统的嵌入式应用面临着硬件开发平台升级与软件设计模式更新的双重挑战。硬件方面，高性价比的32位微控制器已经成为了市场的主流，丰富的硬件资源使其不再成为性能提升的瓶颈;软件方面，传统的前后台设计模式因灵活性差，开发周期长，维护成本高等缺点而逐渐被基于嵌入式操作系统的应用开发模式取代。但是目前市场上的嵌入式操作系统对32位平台的性能利用不足，而且运行机制比较复杂，学习成本较高。针对这两点，本文通过对其他优秀嵌入系操作系统的参考，针对32位Cortex-M3处理器平台开发出一款嵌入式操作系统CM3-OS。
　　本文首先对Cortex-M3处理器进行了概要性的简介，并重点关注与操作系统实现密切相关的部件，如寄存器组，特权等级，操作模式，双堆栈机制，异常处理机制和位带特性，为CM3-OS的设计与实现奠定基础。其次结合Cortex-M3处理器的特性，设计并实现了任务管理，同步与通信，资源管理与内存管理四个模块。在CM3-OS中，采用基于优先级的抢占式和协作式共存的多任务调度策略和统一的事件驱动机制，通过事件标志完成任务间同步，通过信箱完成任务间通信，并根据资源不同的访问限制实现不同的互斥机制。另外，对系统的内存利用情况进行了优化，使内存得到最大限度的利用，同时又增强了系统的健壮性。
　　然后为了满足工程应用的需求，在系统内引入了STM公司提供的嵌入式图形界面库ST-GUI-lib，实现了图形库的底层驱动，并在研究了解其内部运行机制的基础上，将图形库与CM3-OS进行了融合，实现了图形界面的显示与人机交互的功能。
　　最后，为了示范CM3-OS操作系统的配置和使用方法，以办公空间的智能照明控制与停车场引导灯控制为应用场景，针对两个场景分别设计出基于CM3-OS的实验系统，并通过这两个实验系统验证CM3-OS的稳定性与可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与实际意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究内容

第二章 Cortex-M3处理器简介

2．1 概述

2．2 寄存器

2．3 特权等级和操作模式

2．4 双堆栈

2．5 异常和中断

2．5．1 嵌套向量中断控制器NVIC

2．5．2 系统节拍定时器Systick

2．5．3 系统调用SVC

2．5．4 可挂起的系统调用PendSV

2．6 存储器映射

2．6．1 空间划分

2．6．2 位带操作

2．7 Cortex微控制器接口标准

第三章 CM3-OS操作系统内核的设计与实现

3．1 任务管理

3．1．1 任务定义

3．1．2 任务状态

3．1．3 任务创建

3．1．4 任务调度

3．1．5 挂起唤醒

3．1．6 阻塞延时

3．1．7 优先级修改

3．2 同步与通信

3．2．1 事件标志

3．2．2 信箱

3．3 资源管理

3．3．1 不可重入函数

3．3．2 临界区

3．3．3 互斥标志

3．4 内存管理

3．4．1 静态内存分配

3．4．2 堆内存分配

3．4．3 栈内存分配

第四章 图形用户界面GUI

4．1 嵌入式GUI的选择方案

4．1．1 可选方案

4．1．2 嵌入式图形库ST-GUI-lib介绍

4．2 嵌入式图形库ST-GUI-lib的内部机制

4．3 嵌入式图形库ST-GUI-lib的移植

4．4 嵌入式图形库ST-GUI-lib的使用

4．4．1 无操作系统下的应用

4．4．2 与操作系统的结合

第五章 基于CM3-OS的应用程序设计与应用

5．1 智能照明控制器

5．1．1 需求分析

5．1．2 系统分析

5．1．3 软件设计

5．2 停车场引导灯控终端

5．2．1 需求分析

5．2．2 系统分析

5．2．3 软件设计

第六章 总结与展望

参考文献

致谢