嵌入式操作系統(tǒng)微內(nèi)核研究.ppt

嵌入式操作系統(tǒng)微內(nèi)核研究,指導(dǎo)教師：xxx 學(xué) 生：xxx 2009級電子信息技術(shù)及儀器專業(yè),畢業(yè)設(shè)計,畢業(yè)設(shè)計開題報告,一、選題意義 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀概述 三、主要研究內(nèi)容 四、課題研究預(yù)期目標(biāo) 五、研究工作安排及進(jìn)度,一、課題背景、目標(biāo)及意義,目前計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，能源、交通、工業(yè)、醫(yī)療等行業(yè)都使用著嵌入式系統(tǒng)。隨著人們需求的提高，實時操作系統(tǒng)也得到了空前的發(fā)展，數(shù)據(jù)的處理能力有了很大的提高，現(xiàn)在的處理器芯片含有很多種類，而以前的只包含單獨的芯片，現(xiàn)在的內(nèi)核包含其他很多的應(yīng)用功能。 實時系統(tǒng)可以通過一個單處理器系統(tǒng)來實現(xiàn)，也可以用多處理器系統(tǒng)來實現(xiàn)；實時調(diào)度是指在有限的系統(tǒng)資源下，為一系列任務(wù)決定何時運行，并分配任務(wù)運行除CPU之外的資源，以保證其時間約束、時序約束和資源約束得到滿足。實施調(diào)度算法是保障實時系統(tǒng)的時限性和高可靠性的主要算法之一，一直是實時系統(tǒng)研究的熱點問題。 因此在實時操作系統(tǒng)中，任務(wù)調(diào)度是嵌入式實時操作系統(tǒng)的一個重要概念，也是其技術(shù)核心之一。針對嵌入式實時系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)度的特點，在微內(nèi)核結(jié)構(gòu)中，大多采用的是基于優(yōu)先級的可搶占式任務(wù)調(diào)度算法。操作系統(tǒng)為每一個任務(wù)分配一個優(yōu)先級，調(diào)度程序總是選擇優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)運行。,二、國外研究現(xiàn)狀,從上世紀(jì)八十年代起，國際上就出現(xiàn)了一些商用嵌入式系統(tǒng)和專用操作系統(tǒng)的開發(fā)，二十多年來，嵌入式系統(tǒng)和專用操作系統(tǒng)的應(yīng)用范圍已比較廣泛，下面介紹一些重要的嵌入式操作系統(tǒng)。 C/OS-II是由美國人Jean J.Labrosse編寫的一個公開源碼的、微內(nèi)核嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核。 QNX系統(tǒng)是由加拿大QNX軟件公司推出的，它建立在微內(nèi)核和完全地址空間保護基礎(chǔ)之上，具有實時、穩(wěn)定、可靠及易于擴展等特點。 3Com公司的Palm OS是一種專門為掌上電腦開發(fā)的32位的嵌入式操作系統(tǒng)。 Microware OS-9是一款來自RadiSys公司的高性能、高可靠性實時操作系統(tǒng)。 在國內(nèi)，嵌入式操作系統(tǒng)可分為兩大類：一類是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)，如“女蝸Hopen”操作系統(tǒng)、夏桑2000操作系統(tǒng)和DelatOS操作系統(tǒng)等。另一類是基于Linux的操作系統(tǒng)，其中中軟Linux、紅旗Linux、東方Linux是業(yè)界的代表。,三、研究內(nèi)容要點,Windows CE、VxWorks、QNX實時操作系統(tǒng)都是商業(yè)軟件，價格非常昂貴，不公開源代碼，這些都極大的限制了國內(nèi)許多開發(fā)商的開發(fā)使用。而且在嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)中，不公開系統(tǒng)源代碼給上層應(yīng)用開發(fā)人員帶來了極大的不便。雖然Linux源代碼公開,但是Linux不支持任務(wù)搶占，所以在實時性方面不能稱為真正的實時內(nèi)核。 而由Jean JLabrosse開發(fā)的嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-II就彌補了上述缺點，它的源代碼公開，為廣大嵌入式愛好者和開發(fā)者提供了學(xué)習(xí)、研究嵌入式操作系統(tǒng)的一個優(yōu)秀范例，它的內(nèi)核是占先式內(nèi)核設(shè)計，屬于真正的實時系統(tǒng)。通過對該系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和研究，可以了解一個實時操作系統(tǒng)在系統(tǒng)內(nèi)核結(jié)構(gòu)、任務(wù)管理、任務(wù)間通訊和同步等方面的實現(xiàn)方法和一些設(shè)計技巧。,通過對該系統(tǒng)源代碼的深入研究，可以自主開發(fā)出滿足開發(fā)項目需要的操作系統(tǒng)內(nèi)核，而且針對該系統(tǒng)中的一些不足之處，也可以在實時性和穩(wěn)定性方面加以改進(jìn)，可以在具體的項目中針對不同主芯片的特點做出最大的系統(tǒng)優(yōu)化。因此本文的研究工作是基于C/OS-II操作系統(tǒng)。 本文旨在對C/OS-II的內(nèi)核進(jìn)行比較詳細(xì)的分析，首先對實時操作系統(tǒng)和C/OS-II 進(jìn)行簡單介紹，而后針對各個模塊包括C/OS-II中的任務(wù)、中斷管理、內(nèi)存管理、時鐘節(jié)拍等進(jìn)行局部剖析，最后從實時性和穩(wěn)定性兩個方面說明了C/OS-II 的可靠性。,三（1）C/OS-內(nèi)核基本功能,任務(wù)管理 最多管理64個任務(wù)，8個系統(tǒng)任務(wù)，56個用戶任務(wù)； 提供了任務(wù)管理的各種函數(shù)調(diào)用，包括任務(wù)創(chuàng)建、刪除、改變優(yōu)先級、掛起和恢復(fù)等。 系統(tǒng)初始化時自動創(chuàng)建空閑任務(wù)和統(tǒng)計任務(wù)。,C/OS-內(nèi)核框架基本功能,任務(wù)調(diào)度 搶占式多任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計 所有任務(wù)優(yōu)先級唯一，并標(biāo)識該任務(wù) 兩種任務(wù)調(diào)度方式： 任務(wù)級任務(wù)切換 中斷級任務(wù)切換,任務(wù)調(diào)度的任務(wù)切換方式：,C/OS-內(nèi)核框架基本功能,C/OS-內(nèi)核框架基本功能,內(nèi)存管理 C/OS把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)來管理。每個分區(qū)中都包含整數(shù)個大小相同的內(nèi)存塊，但不同分區(qū)之間內(nèi)存塊的大小可以不同。 用戶需要動態(tài)分配內(nèi)存時，選擇一個適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)，按塊分配內(nèi)存。釋放內(nèi)存時將該塊放回它以前所屬的分區(qū)。這樣就能有效解決內(nèi)存碎片的問題。,三（2）C/OS-裁剪功能結(jié)構(gòu),文件系統(tǒng),遠(yuǎn)程函數(shù),通信軟件,其他應(yīng)用,任務(wù)管理,任務(wù)調(diào)度,時間管理,任務(wù)管理,任務(wù)同步于通信,BSP,硬件,三（3）C/OS-裁剪軟件結(jié)構(gòu),應(yīng)用軟件（用戶代碼）,與處理器類型無關(guān) OS_CORE.C OS_SEM.C OS_FLAG.C OS_TAXK.C OS_MBOX.C OS_TIME.C OS_MEM.C uCOS_II.C OS_MUTEX.C uCOS_II.H OS_Q.C,配置文件 （與應(yīng)用程序有關(guān)） OS_CFG.H INCLUDES.H,與處理器有關(guān)（移植）代碼 OS_CPU.H OS_CPU_A.ASM OS_CPU_C.C,三（4）C/OS移植五個環(huán)節(jié),C語言開發(fā) 工具,編寫代碼,測試,uC/OS 移植,函數(shù)封裝,CPU 選擇,三（5）C/OS移植C語言開發(fā)工具,C語言開發(fā) 工具,產(chǎn)生可重入代碼,支持嵌入式匯編,從C中打開和 關(guān)閉中斷,在C源碼中插 入?yún)R編語言,直接從C中允許 和禁止中斷,提供功能,三（6）C/OS與CLinux的對比,四、課題預(yù)期目標(biāo),首先，要認(rèn)識以及了解基于C/OS內(nèi)核的操作系統(tǒng)的功能以及優(yōu)缺點。 其次，能通過對C/OS內(nèi)核的了解，進(jìn)而熟悉它的用處，同時對其不足進(jìn)行改進(jìn)，使它更適用于嵌入式操作系統(tǒng)。 再次，從對一個具體內(nèi)核的研究了解到其他內(nèi)核的基本知識，知道常用內(nèi)核的優(yōu)缺點以及適用的情況。 最后，希望這次的研究對自己以及他人能起到一定的幫助，對以后的學(xué)習(xí)工作起到一定的作用。,五、課題研究進(jìn)度表,時間 內(nèi)容 2013.1.10-2013.2.28 學(xué)習(xí)知識，收集資料，撰寫開題報 告 2013.3.1-2013.3.15 開題答辯，英文文獻(xiàn)翻譯，確定設(shè) 計方案 2013.3.15-2013.4.5 進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計場地，開展畢業(yè)設(shè)計 2013.4.5-2013.4.20 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計完畢，設(shè)計中期檢 查 2013.4.20-2013.5.5