基于μC/OS-Ⅱ的实时操作系统内核构建技术的研究

摘要

实时系统被用于对处理器操作或是数据流时间要求严格的应用中.实时系统拥有严格定义的固定时间约束,相应的处理过程必须在规定的时间限制内完成,否则系统将失败.因而实时操作系统,特别是其中的任务调度可能是一个实时系统中最重要的组成部分.本文中,我们选择μC/OS-Ⅱ-一个源码开放的实时内核作为构建自己的实时操作系统模型的原型.由于其独特的就绪表结构,μC/OS-Ⅱ在任务调度方面表现出极高的效率.但是作为代价,它要求任何任务不能具有相同的优先级.本文通过扩展μC/OS-Ⅱ的就绪表结构提出了一个改进了的任务调度方法以消除以上限制.在这基础上,一个在两个或更多具有相同优先级任务间进行时间轮转调度的方法也在文中提出.同时,我们也意识到μC/OS-Ⅱ在任务堆栈布局方面的缺陷,该缺陷导致的严重内存消耗问题对大多数实时嵌入式应用是很不合适的.通过引入新的堆栈布局,本文提出的改进方案较大程度地提高了系统内存的使用效率.在文章的最后,作为实现部分,本文研究和探讨了μC/OS-Ⅱ在ARM架构上的移植方案,并就其关键技术部分,结合实现代码进行了阐述.

目录

文摘

英文文摘

创新性声明和关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2研究背景

1.3论文的主要工作和内容安排

第二章实时系统概述

2.1实时操作系统基本特征

2.2实时调度

2.2.1实时调度策略

2.2.2期限调度

2.2.3速率单调调度

第三章μC/OS-Ⅱ内核分析

3.1 μC/OS-Ⅱ实时内核的特点

3.2 μC/OS-Ⅱ内核组成部分概述

3.3 μC/OS-Ⅱ内核的任务管理

3.3.1进入和推出临界区(Critical Sections)

3.3.2任务状态(Task States)

3.3.3用户任务的结构

3.3.5任务就绪表(Ready List)

3.3.6任务调度器(Task Scheduler)

3.3.7给调度器加锁和解锁(Locking and UnLockingthe Scheduler)

3.4 μC/OS-Ⅱ中的中断处理

3.4.1进入中断和退出中断

3.4.2中断切换函数

3.5 μC/OS-Ⅱ初始化和启动

3.5.1 μC/OS-Ⅱ初始化

3.5.2 μC/OS-Ⅱ的启动

第四章对μC/OS-Ⅱ内核的改进

4.1对任务调度的改进

4.1.1优先级反转(Priority Inversion)及其解决方法

4.1.2对μC/OS-Ⅱ内核数据结构的扩展

4.1.3改进的任务调度算法

4.2对μC/OS-Ⅱ任务堆栈的改进

4.2.1 μC/OS-Ⅱ的堆栈结构分析

4.2.2 μC/OS-Ⅱ的堆栈改进设计

4.3本章小结

第五章μC/OS-Ⅱ向ARM平台的移植方案

5.1移植μC/OS-Ⅱ的硬件要求

5.2 ARM处理器架构简介

5.2.1 ARM处理器的操作模式(operation mode)

5.2.2 ARM处理器的程序状态寄存器：(PSR：Program status register)

5.2.3 ARM处理器的寄存器

5.3 μC/OS-Ⅱ在ARM平台的移植

5.3.1 OS_CPU.H

5.3.2 OS_CPU_C.C

5.3.3 OS_CPU_A.S

5.3.4启动代码

结束语

致谢

参考文献

在读期间研究成果