基于μITRON4.0规范的嵌入式实时操作系统的实现与应用

摘要

实时操作系统(RTOS，Real Time Operating System)，也称作实时内核，是嵌入式领域最关键的技术之一。嵌入式RTOS能够支持多任务，使得应用程序的开发更加容易，也便于日后的维护和二次开发，同时能够大大提高系统的稳定性和可靠性。 μITRON是一个相当成熟的嵌入式RTOS设计规范系列，从μITRON规范的第一版问世至今已经有二十多年的历史，基于该规范设计实现的相当多数量的实时内核在行业里有着非常广泛的应用，在日本μITRON就是嵌入式RTOS领域事实上的行业标准。 本论文所实现的J-Kernel是一个为32位处理器而设计的结构精简、运行速度快的实时内核，它遵循μITRON 4.0规范，它提供了嵌入式实时操作系统常用的任务管理、中断管理、信号量、互斥信号量、邮箱、数据队列和事件标志功能。J-Kernel的代码使用标准C语言编写，因此它具有很好的移植性，理论上讲，它可以移植于任何架构的32位处理器。 本论文还实现了J-Kernel在ARM处理器上的移植。ARM系列处理器是当前最流行的嵌入式处理器，其应用领域非常广泛。据统计，基于ARM内核的处理器应用约占据了32位RISC处理器75％以上的市场份额。 与此同时，本论文还以STR710评估板作为硬件平台，使用Thread-Metric对J-Kernel进行了的测试与评估。Thread-Metric一个开源且免费的嵌入式实时操作系统测试套件，它由业界著名的Express Lzgic公司(ThreadX嵌入式实时操作系统的软件开发商)开发。 论文的最后是一个J-Kernel使用手册，它以代码实例的方式对内核的配置和启动、任务的创建和管理、各种资源的创建和使用等内容进行了详细的介绍，其目的是帮助开发者快速掌握能J-Kernel的使用方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2 TRON工程简介

1.3 ITRON系列规范

1.4设计内容

1.4.1功能需求与命名

1.4.2目标处理器

1.4.3编程语言与编程规范

1.4.4开发工具

1.4.5测试方法与测试平台

1.4.6使用手册

第二章J-Kernel 的功能与实现

2.1任务管理

2.1.1任务的基本概念

2.1.2不可剥夺型内核与可剥夺型内核

2.1.3 J-Kernel中的任务与调度算法

2.1.4 J-Kernel中的任务管理API函数

2.2中断管理

2.2.1中断的开关与临界代码

2.2.2嵌入式实时操作系统的中断返回

2.2.3内核的时钟节拍(Timer-tick)

2.3信号量

2.3.1信号量的基本概念

2.3.2 J-Kernel中与信号量相关的API函数

2.4互斥信号量

2.4.1死锁与优先级反转

2.4.2两种防止死锁与优先级反转的经典算法

2.4.3 J-Kernel中与互斥信号量相关的API函数

2.5邮箱

2.5.1邮箱的基本概念

2.5.2 J-Kernel中与邮箱相关的API函数

2.6数据队列

2.6.1数据队列的基本概念

2.6.2数据队列与消息队列的区别

2.6.3 J-Kernel中与数据队列相关的API函数

2.7事件标志

2.7.1事件标志的基本概念

2.7.2 J-Kernel中与事件标志相关的API函数

2.8 J-Kernel中何时发生任务切换

第三章 J-Kernel在ARM平台上的移植

3.1 ARM处理器简介

3.1.1 ARM处理器的发展历史及其应用领域

3.1.2 ARM处理器的特点与家族系列

3.2 STR710 ARM7处理器简介

3.3移植方法与步骤

3.3.1 J-Kernel的文件结构

3.3.2移植过程中需要实现的C语言函数

3.3.3移植过程中需要实现的汇编语言函数

3.3.4如何移植到其它架构的32位处理器

第四章J-Kernel的评估与测试

4.1 Thread-Metric简介

4.1.1 Thread-Metric的测试原理

4.1.2 Thread-Metric的文件结构

4.1.3 Thread-Metric的使用要求

4.2 Thread-Metric中的测试项目

4.3测试步骤与方法

4.3.1如何移植Thread-Metric

4.3.2测试结果与分析

第五章J-Kernel使用手册

5.1配置J-Kernel

5.2使用J-Kernel

第六章结束语

6.1关于J-Kernel的源代码

6.2 J-Kernel的未来

致谢

参考文献

附录