实时嵌入式操作系统的内核改进及网络协议实现方法的研究

摘要

随着嵌入式系统和网络的日益结合，在嵌入式实时操作系统中引入TCP/IP协议栈，以支持嵌入式设备接入网络，成为嵌入式领域重要的研究方向。在网络服务环境下，实时嵌入式操作系统可能既要处理实时任务，又要提供一定的Internet服务。对于实时任务，需要按照优先级不同顺序完成；对于非实时的服务进程，则希望它们轮流执行。因此，指定相应的调度策略显得尤为重要。
　　UC/OS-II是一个源代码公开的抢占式内核实时嵌入式操作系统，只包含了任务调度、任务管理、时间管理、内存管理和任务间的通信与同步等基本功能。没有提供输入输出管理、文件系统、网络之类的额外服务。由于uC/OS-II的可移植性和开源性，用户可以自己添加所需的各种服务。
　　为更好地满足实时嵌入式系统网络服务的特点，以uC/OS-II为基础，根据其内核优先权分配的特点，对其任务调度算法函数进行改进。在操作系统方面，对内核进程调度函数以及内存缓存Nbuf分配和释放函数进行改进，实现了局部进程之间的时间片轮转。而在整体上，继续保持着优先权的调度模式。在用于分配存储器缓存的函数中，通过加入一定的信号量控制，实现对全局统一的Nbuf资源进行统一调配。
　　在TCP/IP协议栈方面，针对uC/OS-II操作系统的特点，考虑到嵌入式系统占用的内存大小，主要对源代码进行了一定的裁剪和改写。并列出了主要的数据结构和数据报处理流程，以及相关的主要系统函数，以实现基本的Internet协议功能。

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Table of contents

第1 章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外发展现状

1.3 课题主要研究工作

第 2 章 实时嵌入式操作系统

2.1 概念

2.2 特点

2.3 内核

2.4 调度

第 3 章 uC/OS-II 嵌入式操作系统

3.1 uC/OS-II系统简介

3.2 任务控制块基本结构

3.3 优先权调度管理方法

3.4事件控制块结构

3.5 进程间通信方式

3.6 系统移植

第 4 章 uC/OS-II 系统内核改进

4.1 问题的提出

4.2 进程调度算法的改进

4.3 存储器缓存分配方法的改进

4.4 内核移植

第 5 章 uC/OS-II 系统网络协议栈的实现

5.1 总体结构

5.2 基本数据结构

5.3 以太网模块

5.4 地址解析协议

5.5 网际协议

5.6 网络控制报文协议

5.7 用户数据报协议

5.8 传输控制协议

第 6 章 结束语

6.1 主要研究成果

6.2 下一步研究工作

致谢

参考文献