实时多任务内核及在嵌入式Internet中的应用研究

摘要

Internet已经成为社会重要的基础信息设施，是重要的信息流通渠道。具备互联网络的接入功能，已经成为众多使用微处理器的嵌入式应用的发展方向。将Internet和嵌入式技术二者结合起来实现控制和管理远程设备(ActionOverIP)，这就是嵌入式Internet技术。 早期的嵌入式Internet技术大都是基于通用计算机的嵌入式Internet服务器，由于体积大、成本高等缺点，已逐渐被淘汰。近年来出现了基于MCU的嵌入式Internet产品，由于体积小、成本低的优势，使其具有良好的应用前景，但此类产品大都是基于传统的前后台系统来开发的，系统的可调度利用率很低，并且难以保证系统的实时性和可靠性。对于复杂的控制功能和数据采集功能，只能采取现场总线的通信协议与设备内部的MCU通信，系统运行效率很低。对系统开发人员来说，开发难度大、开发效率低。 采用实时操作系统(Real-TimeOperatingSystem，RTOS)是解决以上这些问题的一个好方法。为此本设计专门设计了一个实时多任务内核-WebitS，并在此基础上构建了新型的嵌入式Web服务器。WebitS是一个基于优先级的抢占式多任务内核，该内核通过抢占式任务调度策略确保了嵌入式Internet应用程序的实时性和可靠性；通过提供任务创建、任务间同步与通信等系统函数(API)能大大方便用户应用程序的设计，提高了开发效率。为了支持网络通信，WebitS提供了性能优良的TCP/IP协议栈，该协议栈在资源受限的条件下采用模块化的方法实现了TCP/IP协议簇的一个功能子集，提供了ICMP的回显应答，基于UDP的TFTPServer和基于TCP、HTTP的WebServer等多种网络服务。 最后将WebitS与已有的实时多任务内核AvrX在相同硬件平台上进行比较测试，对所设计的WebitS内核和网络协议栈的性能进行分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 课题的背景

1.2课题的提出

1.3 本人主要工作

1.4论文的组织

第2章 相关技术背景分析

2.1 嵌入式系统(Embeded Systems)

2.2 实时操作系统(RTOS)分析

2.2.1 实时操作系统的现状分析

2.2.2实时操作系统的相关技术分析

2.2.3实时操作系统的关键技术指标

2.3 嵌入式Internet技术分析

2.3.1嵌入式Internet技术实现方案

2.3.2 TCP／IP协议栈

2.3.3合理构建嵌入式TCP／IP协议栈技术分析

2.4本章小结

第3章 Webit S的设计与实现

3.1 系统开发环境

3.1.1硬件系统结构

3.1.2主要芯片介绍

3.1.3开发工具

3.2 设计中关键问题的解决

3.3 内核调度机制的设计

3.3.1任务调度机制的设计

3.3.2任务状态

3.3.3任务控制块(OS_TCB)

3.3.4中断处理

3.3.5空闲任务(Idle Task)

3.3.6内核的启动

3.4 任务间同步与通信设计

3.4.1事件控制块(ECB)

3.4.2信号量

3.4.3消息邮箱

3.5 定时管理设计

3.6本章小结

第4章 Webit S在嵌入式Internet中的应用设计

4.1 设计中关键问题的解决

4.2 嵌入式网络协议栈中主要任务的设计

4.2.1数据接收任务

4.2.2处理网络事件的任务

4.2.3定时器任务

4.3 系统中的其它任务设计

4.3.1空闲任务

4.3.2监控和数据采集任务

4.4 本章小结

第5章 系统性能分析

5.1 测试模型的建立

5.2 Webit S性能指标测试

5.2.1测试目的

5.2.2测试工具

5.2.3测试内容

5.2.4测试方法

5.2.5测试结果

5.2.6分析和评价

5.3 网络协议栈性能测试

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢