嵌入式图像处理系统的设计与实现

针对传统图像处理技术依赖于大批量电子设备的问题,提出了嵌入式技术和图像处理技术相结合的嵌入式图像处理系统的概念.以嵌入式微处理器S3C44BOX为系统硬件核心,以ucos为操作系统平台,以模块化为软件设计理念,设计与实现了完备的嵌入式图像处理系统.测试结果表明,系统运行良好,在嵌入式系统较少的软硬件资源上实现了实时性较强,显示清晰的数字图像处理的结果.     

基于一个实时内核的嵌入式Internet技术的研究与实现

基于微内核体系结构的思想，从嵌入式系统开发Internet应用的角度，提出一个实时内核-Webitx的软件体系结构及设计方案。为支持嵌入式Internet环境下的复杂应用，WebitX被设计成一个基于优先级的抢占式多任务内核，解决了任务调度、任务间同步与通信、定时管理、网络协议处理等主要问题，为嵌入式Internet应用提供了完备的系统服务，确保了嵌入式Internet应用的实时性和可靠性。为实现嵌入式设备与Internet的互联，WebitX提供了一个嵌入式TCP／IP协议栈，该协议栈在嵌入式系统资源受限的条件下，采用模块化的方法实现了TCP／IP协议簇的一个功能子集，为传统设备提供了网络接口，从而实现了高效的嵌入式Internet通信。     

基于嵌入式实时操作系统的分区技术研究

嵌入式实时操作系统的研究与开发是嵌入式领域的一个研究热点。分区(Partition)技术的时间、空间隔离与调度机制,保证了嵌入式实时系统资源在时间和空间方面的确定性和应用程序之间的安全性。介绍了嵌入式实时操作系统中的分区技术,并联系航空实际,重点研究了分区技术的设计与实现。     

嵌入式系统中面向服务的软件开发方法

提出了在嵌入式系统中面向服务的软件开发方法，不仅可以实现普通软件中面向对象开发方法的功能，而且可以满足嵌入式系统对资源和实时性的要求，并以基金会现场总线功能块的开发验证了这个开发方法。     

VxWorks操作系统在数据链系统中的应用

针对数据链系统对嵌入式实现的高实时性需求,设计了一种采用VxWorks操作系统的嵌入式实现方案.该方案采用模块化分层设计思想,利用了VxWorks灵活的多任务调度机制和任务间通信机制,建立了一种基于双缓冲消息队列和信号量机制的多任务间通信模型.通过对任务功能的合理划分和任务优先级设置,该嵌入式系统满足了战术数据链的高实时性需求.     

嵌入式系统串口通信分层结构设计与实现

介绍了以STC89C54RD+为核心具有ISP(在线可编程)特性的嵌入式系统中,PC机与该系统串口全双工通信的实现。给出了串口通信协议,提出了嵌入式系统中串口通信程序的分层结构设计的框架,及在KeilC51中实现该软件的方法。该方法有利于提高程序的封装性和模块化程度,同时也增强了串口数据收发处理的并发性和实时性。     

一种基于μC/OS-II符合OSEK标准的实时系统内核设计

一些安全关键任务系统对嵌入式操作系统的实时性和安全可靠性提出了更高的要求。设计并实现了一种满足OSEK/VDX标准且支持时间/事件混合触发的实时操作系统内核,该内核除具有事件触发的实时性好、使用方便、灵活性高等特点外,还具有时间触发的确定性和安全性等特点。此外,还提出并实现了一种基于静态表的混合任务调度策略,并给出了时间触发任务可调度性的静态测试算法,在保证事件触发灵活性的基础上,通过中断级和任务级时间/事件触发任务的灵活切换,可确保时间触发任务的确定性和安全性,并提高系统的利用率。实验结果表明,该内核可以有效支持时间/事件混合触发的任务调度,并具有良好的实时性与安全性。     

基于ReWorks的内存日志服务设计与优化

传统的文件系统日志服务无法满足嵌入式系统异常记录的实时性需求。在国产ReWorks嵌入式实时操作系统中设计实现了一种基于内存的日志服务，通过记录异常信息到日志内存中，在热重启后仍然可以从内存中获取复位前所记录的系统异常日志信息。通过在国产FT2000A/2硬件平台的验证和分析，对其实时性和可用性实现了进一步优化。测试数据表明，内存日志服务记录一条完整异常信息到内存日志平均耗时约为文件日志的0.5%,内存文件系统的写性能近270 MB/s,是SSD硬盘文件系统的6倍，具有高实时性、热重启不丢失、非阻塞等特性，对实时系统的异常分析定位与故障统计排查提供了有力支撑。     

嵌入式WEB服务的网络测控平台设计及应用思考

在日常生活、工业生产以及国防建设等诸多方面应用远程测控技术具有较广泛的应用。紧密结合通信技术、Internet技术和嵌入式技术能够使传统测控技术向着全新的方向不断发展。现代测控技术拥有实时性、分布式和可扩展等特点,这些新技术的发展使测控终端实现方式变得多样化。基于嵌入式WEB服务设计的网络测控平台,能够将计算机网络技术和嵌入式技术实现结合并应用了B/S模式完成设计,这样一来便能够逐步实现预期的功能。     

事件驱动的无线传感器网络嵌入式操作系统研究

相比于一般的嵌入式系统,无线传感器网络节点对操作系统的能量利用率、实时性和多任务并发等方面提出了更高的要求,针对这些特点,提出了基于事件驱动的无线传感器网络嵌入式实时操作系统;采用分层结构的设计思想,构建内存管理、事件管理和任务管理等模块化的操作系统组件,利用内存控制块动态链表,实现简易高效的内存管理;基于事件驱动和任务优先级,实现系统低功耗和抢占式的任务调度;实验结果表明,系统功耗低,响应速度快,实时性好.     

嵌入式分布实时系统自适应资源管理架构

分析了开放嵌入式分布实时(Distributed Real-time and Embedded,DRE)系统的自适应资源管理需求,针对传统静态资源管理方法的不足,提出了一种面向开放DRE系统的自适应资源管理架构;该架构采用动态任务管理、实时资源分配和自适应控制三种关键技术,能够更加适用于开放、动态的环境,有效应对资源约束和资源状态、应用程序QoS的变化;提高系统性能和稳定性;屏蔽底层硬件资源的异构性,为上层应用提供统一的服务接口。     

Real-time worst-case temperature analysis with temperature-dependent parameters

With the evolution of today’s semiconductor technology, chip temperature increases rapidly mainly due to the growth in power density. Therefore, for modern embedded real-time systems it is crucial to estimate maximal temperatures early in the design in order to avoid burnout and to guarantee that the system can meet its real-time constraints. This paper provides answers to a fundamental question: What is the worst-case peak temperature of a real-time embedded system under all feasible scenarios of task arrivals? A novel thermal-aware analytic framework is proposed that combines a general event/resource model based on network and real-time calculus with system thermal equations. This analysis framework has the capability to handle a broad range of uncertainties in terms of task execution times, task invocation periods, jitter in task arrivals, and resource availability. The considered model takes both dynamic and leakage power as well as thermal dependent conductivity into consideration. Thorough simulation experiments validate the theoretical results.     

基于构件的嵌入式实时软件建模与分析

嵌入式实时软件具有严格的时间要求,任何时间错误都可能造成重大的经济损失甚至导致灾难性的后果。因此,在软件开发早期,对其时间需求进行形式化的分析和验证是非常重要的。本文提出一种基于构件的嵌入式实时软件建模与分析方法,该方法不仅可以检测出需求模型中的时间冲突,有助于保证嵌入式实时软件时间约束的正确性,而且也也使得分析结果具有可复用、可扩展的优点。     

嵌入式自适应实时资源管理

现存的资源管理方法是针对传统的封闭嵌入实时系统设计的,在动态环境时难以保证系统的服务质量。为此,依据新一代典型动态实时系统的需求,运用基于控制论的自适应实时资源管理方法,改进Red Hat公司的eCos操作系统,在原eCos操作系统中加入基于控制论的实时调度架构、RM调度器、实时任务API和系统监视器,实现一个嵌入式自适应实时资源管理架构。实验结果证明,该架构具有更精确和高效的服务质量,保证系统实时动态的资源需求和实时任务的正确性。     

面向AADL模型的存储资源约束可调度性分析

嵌入式实时系统在安全关键领域变得越来越重要,其广泛应用于航空航天、汽车电子等具有严格时间约束的实时系统中.随着嵌入式系统的复杂度越来越高,在系统开发的早期设计阶段就需要对其可调度性进行分析评估.系统中的存储资源会对可调度性产生一定影响,在抢占式实时嵌入式系统引入缓存后,任务的最坏执行时间可能发生变化.因此,分析缓存相关抢占延迟对实时嵌入式系统的可调度性影响一直以来是困扰大规模复杂系统架构设计的一个技术难题.本文提出了一种面向软件架构级别、基于抢占调度序列的缓存相关抢占延迟计算方法,用来分析缓存相关抢占延迟约束下AADL （架构分析和设计语言）模型的可调度性.论文扩展了AADL关于存储资源架构设计的模型元素,来支持对缓存属性进行建模,提出了一种基于模型构件进行抢占序列排序、缓存相关抢占延迟时间计算和被抢占任务最坏执行时间的估算方法,来对系统架构各功能构件在共享系统存储资源下系统的可调度性进行分析.论文还实现了分析缓存相关抢占延迟约束下的系统任务可调度性分析工具原型,并以某型飞机机载开放式智能信息系统为例,在航空电子系统架构设计中进行尝试,验证了该方法的在复杂系统设计中的对实时性分析的可行性.     

一种基于CBSE的嵌入式实时软件建模方法研究

基于构件的软件工程（CBSE）是众多嵌入式软件开发方法中的一种崭新方法。本文提出一种RT—UML^＊／LTLC的双语言框架来对基于CBSE的嵌入式实时软件的建模．既能充分地刻画出嵌入式软件实时．资源严格有限等特点,又能较好地体现出构件的特征,能更容易地过渡到基于构件的嵌入式软件开发方法的后继阶段。     

一种面向嵌入式实时系统的安全策略优化生成方法

由于受到系统资源和实时性的限制,对于嵌入式实时系统的安全扩展很难延用通用计算机系统的安全设计方法,因此需要对其进行专门的研究。为了在确保实时性的前提下使嵌入式实时系统的安全性达到最优,本文提出了一套完整的安全设计方法,包括安全任务图模型和安全评估模型,在此基础上,又提出了一种基于整数线性规划的安全策略优化生成方法ILPOS。该安全策略优化生成方法同时解决了安全算法选择和实时可调度性检测两方面的问题,克服了一般分阶段优化方法的不足,从而充分地利用系统可用时间来实现安全扩展。仿真实验结果表明,与传统的启发式安全设计算法相比,ILPOS方法在各种实时性约束条件下都能有效地提高系统的安全性。     

通用调度框架的改进及其在Linux中的实现

在嵌入式Linux实时系统中,要求内核对不同时问约束的任务采用不同的调度算法.但目前Linux内核采用单一的实时调度模式,不能灵活地执行多种调度算法,也就无法满足实时系统中实时任务的时间约束.引入了一种能够在Linux内核调度中执行多种调度算法的框架,即通用调度框架(GSF),并改进了其中的多算法调用机制,从而更好地在Linux内核中实现GSF.     

Performance and energy consumption estimation for commercial off-the-shelf component system design

Nowadays, component-based embedded real- time systems have been used to improve the system development as well as to keep cost down through the reuse of embedded software applications. Besides, the use of semi-formal models has been widely adopted in the embedded real-time system component and system life cycle due to their friendly and intuitive notations. However, the ever more complex systems of today require modeling methods that allow early detection of potential problems in the initial phases of development. This paper presents the mapping process of UML state machine diagram into a time Petri net with energy constraints so as to estimate execution time and energy consumption in early phases of the embedded real-time component development life cycle. The estimates obtained from the model show that the proposed approach is indeed a good approximation to the respective measures obtained from the real hardware platform.     

Towards reusable real-time objects

Large and complex real-time systems can benefit significantly from a component-based development approach where new systems are constructed by composing reusable, documented and previously tested concurrent objects. However, reusing objects which execute under real-time constraints is problematic because application specific time and synchronization constraints are often embedded in the internals of these objects. The tight coupling of functionality and real-time constraints makes objects interdependent, and as a result difficult to reuse in another system. We propose a model which facilitates separate and modular specification of real-time constraints, and show how separation of real-time constraints and functional behavior is possible. We present our ideas using the Actor model to represent untimed objects, and the Real-time Synchronizers language to express real-time and synchronization constraints. We discuss specific mechanisms by which Real-time Synchronizers can govern the interaction and execution of untimed objects. We treat our model formally, and succinctly define what effect real-time constraints have on a set of concurrent objects. We briefly discuss how a middleware scheduling and event-dispatching service can use the synchronizers to execute the system. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.