嵌入式操作系统微内核研究.ppt

嵌入式操作系统微内核研究,指导教师：xxx 学 生：xxx 2009级电子信息技术及仪器专业,毕业设计,毕业设计开题报告,一、选题意义 二、国内外研究现状概述 三、主要研究内容 四、课题研究预期目标 五、研究工作安排及进度,一、课题背景、目标及意义,目前计算机技术、微电子技术、嵌入式系统技术得到了飞速的发展，能源、交通、工业、医疗等行业都使用着嵌入式系统。随着人们需求的提高，实时操作系统也得到了空前的发展，数据的处理能力有了很大的提高，现在的处理器芯片含有很多种类，而以前的只包含单独的芯片，现在的内核包含其他很多的应用功能。 实时系统可以通过一个单处理器系统来实现，也可以用多处理器系统来实现；实时调度是指在有限的系统资源下，为一系列任务决定何时运行，并分配任务运行除CPU之外的资源，以保证其时间约束、时序约束和资源约束得到满足。实施调度算法是保障实时系统的时限性和高可靠性的主要算法之一，一直是实时系统研究的热点问题。 因此在实时操作系统中，任务调度是嵌入式实时操作系统的一个重要概念，也是其技术核心之一。针对嵌入式实时系统任务的调度的特点，在微内核结构中，大多采用的是基于优先级的可抢占式任务调度算法。操作系统为每一个任务分配一个优先级，调度程序总是选择优先级最高的就绪任务运行。,二、国外研究现状,从上世纪八十年代起，国际上就出现了一些商用嵌入式系统和专用操作系统的开发，二十多年来，嵌入式系统和专用操作系统的应用范围已比较广泛，下面介绍一些重要的嵌入式操作系统。 C/OS-II是由美国人Jean J.Labrosse编写的一个公开源码的、微内核嵌入式实时操作系统内核。 QNX系统是由加拿大QNX软件公司推出的，它建立在微内核和完全地址空间保护基础之上，具有实时、稳定、可靠及易于扩展等特点。 3Com公司的Palm OS是一种专门为掌上电脑开发的32位的嵌入式操作系统。 Microware OS-9是一款来自RadiSys公司的高性能、高可靠性实时操作系统。 在国内，嵌入式操作系统可分为两大类：一类是具有自主知识产权的操作系统，如“女蜗Hopen”操作系统、夏桑2000操作系统和DelatOS操作系统等。另一类是基于Linux的操作系统，其中中软Linux、红旗Linux、东方Linux是业界的代表。,三、研究内容要点,Windows CE、VxWorks、QNX实时操作系统都是商业软件，价格非常昂贵，不公开源代码，这些都极大的限制了国内许多开发商的开发使用。而且在嵌入式系统的开发中，不公开系统源代码给上层应用开发人员带来了极大的不便。虽然Linux源代码公开,但是Linux不支持任务抢占，所以在实时性方面不能称为真正的实时内核。 而由Jean JLabrosse开发的嵌入式实时操作系统C/OS-II就弥补了上述缺点，它的源代码公开，为广大嵌入式爱好者和开发者提供了学习、研究嵌入式操作系统的一个优秀范例，它的内核是占先式内核设计，属于真正的实时系统。通过对该系统的学习和研究，可以了解一个实时操作系统在系统内核结构、任务管理、任务间通讯和同步等方面的实现方法和一些设计技巧。,通过对该系统源代码的深入研究，可以自主开发出满足开发项目需要的操作系统内核，而且针对该系统中的一些不足之处，也可以在实时性和稳定性方面加以改进，可以在具体的项目中针对不同主芯片的特点做出最大的系统优化。因此本文的研究工作是基于C/OS-II操作系统。 本文旨在对C/OS-II的内核进行比较详细的分析，首先对实时操作系统和C/OS-II 进行简单介绍，而后针对各个模块包括C/OS-II中的任务、中断管理、内存管理、时钟节拍等进行局部剖析，最后从实时性和稳定性两个方面说明了C/OS-II 的可靠性。,三（1）C/OS-内核基本功能,任务管理 最多管理64个任务，8个系统任务，56个用户任务； 提供了任务管理的各种函数调用，包括任务创建、删除、改变优先级、挂起和恢复等。 系统初始化时自动创建空闲任务和统计任务。,C/OS-内核框架基本功能,任务调度 抢占式多任务系统设计 所有任务优先级唯一，并标识该任务 两种任务调度方式： 任务级任务切换 中断级任务切换,任务调度的任务切换方式：,C/OS-内核框架基本功能,C/OS-内核框架基本功能,内存管理 C/OS把连续的大块内存按分区来管理。每个分区中都包含整数个大小相同的内存块，但不同分区之间内存块的大小可以不同。 用户需要动态分配内存时，选择一个适当的分区，按块分配内存。释放内存时将该块放回它以前所属的分区。这样就能有效解决内存碎片的问题。,三（2）C/OS-裁剪功能结构,文件系统,远程函数,通信软件,其他应用,任务管理,任务调度,时间管理,任务管理,任务同步于通信,BSP,硬件,三（3）C/OS-裁剪软件结构,应用软件（用户代码）,与处理器类型无关 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 （与应用程序有关） OS_CFG.H INCLUDES.H,与处理器有关（移植）代码 OS_CPU.H OS_CPU_A.ASM OS_CPU_C.C,三（4）C/OS移植五个环节,C语言开发 工具,编写代码,测试,uC/OS 移植,函数封装,CPU 选择,三（5）C/OS移植C语言开发工具,C语言开发 工具,产生可重入代码,支持嵌入式汇编,从C中打开和 关闭中断,在C源码中插 入汇编语言,直接从C中允许 和禁止中断,提供功能,三（6）C/OS与CLinux的对比,四、课题预期目标,首先，要认识以及了解基于C/OS内核的操作系统的功能以及优缺点。 其次，能通过对C/OS内核的了解，进而熟悉它的用处，同时对其不足进行改进，使它更适用于嵌入式操作系统。 再次，从对一个具体内核的研究了解到其他内核的基本知识，知道常用内核的优缺点以及适用的情况。 最后，希望这次的研究对自己以及他人能起到一定的帮助，对以后的学习工作起到一定的作用。,五、课题研究进度表,时间 内容 2013.1.10-2013.2.28 学习知识，收集资料，撰写开题报 告 2013.3.1-2013.3.15 开题答辩，英文文献翻译，确定设 计方案 2013.3.15-2013.4.5 进入毕业设计场地，开展毕业设计 2013.4.5-2013.4.20 系统软硬件设计完毕，设计中期检 查 2013.4.20-2013.5.5