基于消息的嵌入式多任务软件开发框架研究

摘要

随着32位嵌入式微处理器的广泛使用，嵌入式系统已经应用于各个领域。传统的流水线式嵌入式软件开发已开始逐步被基于嵌入式操作系统的开发方式取代。嵌入式操作系统继承自通用操作系统，保留其基本特性，包括线程同步、资源互斥访问等。然而嵌入式系统资源相对有限、功能需求更为复杂多变，因而使得基于嵌入式操作系统的开发较通用PC系统更加复杂困难。本文结合嵌入式软件系统的自身特点，充分研究分析嵌入式操作系统的优缺点，提出了一种支持多任务以及消息通信的嵌入式软件开发框架，以功能模块为设计原型，建立消息通信模型，完成功能模块之间的通信，同时建立中断处理模型，完成对于硬件中断资源的统一管理。该开发框架充分吸收嵌入式操作系统的优点，更好地适应嵌入式软件开发特性。
　　具体研究内容如下:
　　1.结合嵌入式软件系统特点，根据RTC(Run To Complete)思想，提出非抢占式双队列调度模型。既可以保证每个独立任务可以及时获取CPU资源，又能够降低调度算法的复杂性，同时还能够规避因抢占式内核造成开发过程中死锁等问题。
　　2.结合多任务操作系统中的任务间数据交互以及任务同步机制，建立消息处理模型，提供同步消息处理以及异步消息处理机制，同时能够进行消息广播，完成多任务间数据共享。建立内存管理机制，减少内存动态申请/释放频率，提高内核效率。
　　3.为统一硬件资源管理，建立中断处理模型，将所有中断信号转换成框架内核信号，使得中断与任务绑定。可以允许用户根据中断处理的时效性进行消息处理方式的选择，同时能够使得一个中断被多个任务共同使用，充分利用中断资源。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 基于消息的嵌入式多任务软件开发框架概述

2．1 框架整体设计

2．2 框架构成

2．2．1 中断转换处理模块

2．2．2 消息管理模块

2．2．3 任务管理模块

2．3 本章总结

第三章 多任务内核调度算法研究

3．1 引言

3．2 任务调度理论基础

3．2．1 基本概念和定义

3．2．2 抢占式调度策略

3．2．3 非抢占式调度策略

3．2．4 带阈值的抢占式调度策略

3．3 一种基于优先级的双队列非抢占式调度策略

3．3．1 策略概述

3．3．2 任务状态

3．3．3 调度策略实现

3．4 核心算法实现

3．4．1 模块结构

3．4．2 模块调度

3．5 本章小结

第四章 多任务同步及通信

4．1 引言

4．2 多任务通信理论基础

4．3 任务同步与通信方式

4．3．1 内核锁

4．3．2 信号量

4．3．3 共享内存

4．3．4 消息邮箱

4．3．5 消息队列

4．3．6 等待队列

4．3．7 基于文件的多任务通信

4．4 一种基于消息的任务同步与通信模型

4．4．1 基于消息的多任务同步与通信模型概述

4．4．2 消息类型

4．4．3 同步消息处理机制

4．4．4 异步消息处理机制

4．5 核心算法实现

4．5．1 主要结构说明

4．5．2 消息的发送

4．5．3 事件广播

4．6 本章小结

第五章 内核中断研究

5．1 引言

5．2 中断相关理论基础

5．2．1 中断触发

5．2．2 中断提交

5．3 中断处理

5．3．1 基于状态标记的底半部分处理模型

5．3．2 基于内核任务的底半部分处理模型

5．4 一种基于内核事件的中断处理模型

5．4．1 中断事件处理模型概述

5．4．2 基于中断事件模型的中断处理流程

5．4．3 事件模型中事件广播

5．4．4 事件模型中断服务时间

5．5 核心算法实现

5．5．1 主要结构说明

5．5．2 中断处理

5．6 本章小结

第六章 基于框架的罗拉车电控系统设计

6．1 引言

6．2 系统整体设计

6．3 按键模块设计

6．3．1 软件整体设计

6．3．2 模块内部流程

6．4 显示模块设计

6．4．1 软件整体设计

6．4．2 模块内部状态流程

6．5 对比说明

6．6 系统展示

6．7 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果