基于RTEMS的实时进程设计与实现

以嵌入式实时操作系统RTEMS为原型设计实现了实时进程.将RTEMS操作系统内核与应用程序隔离,使二者运行在不同的特权级别下,应用程序的错误不会导致操作系统崩溃,从而提高了整个系统的可靠;同时对内核内存管理和地址映射机制进优化,保证原有系统的性能.从系统的可靠性、实时性以及设计实现的复杂性等方面进行试验和分析,试验结果表明,实时进程的设计与实现提高了系统可靠性,并且能够保证原有系统实时性和简单性.     

调度服务在虚拟试验系统中的研究与应用

为了提高虚拟试验系统的执行效率,保证系统负载平衡,提高系统的实时性和可靠性,研究并设计了一种实时任务调度服务;该调度服务以节点任务调度算法和迁移策略为基础,提供了一种动态的、可靠的任务分配策略和负载均衡机制,使虚拟试验的任务得到了合理分配和调度;以节点容纳度作为试验参数进行多次试验,试验结果表明:该调度服务在虚拟试验系统中能够动态维持各个节点的负载平衡,降低了任务平均响应时间,提高系统的实时性和可靠性,达到了提高虚拟试验系统整体性能的目的。     

一种基于μC/OS-II的高可靠实时系统内核设计

基于μC/OS-II,设计并实现了一个高可靠的分区嵌入式操作系统内核。为了保证高关键级别分区的执行时间,提高系统可靠性,提出了一种新的周期执行时间可变的分区调度算法,其能在保障高安全关键级别分区优先执行的同时提供较高的资源利用率和任务可调度性。采用了一种基于位运算的访问控制算法,其可保证系统的信息安全,提高系统的可靠性。最后,通过算法分析和实验结果验证了所提算法的有效性和实时性以及系统的可靠性。     

RTEMS嵌入式系统中的软件容错设计

为了提高嵌入式系统在恶劣环境下的可靠性,除了在硬件上采用诸如双机冷备份之类的容错方案外,在实时操作系统级提供软件容错处理功能既可以减小硬件资源开销,又可以在不影响系统工作效率的前提下明显提高系统的容错纠错能力.本文针对RTEMS实时操作系统缺乏软件容错支持功能的不足,在操作系统级设计了一套两级软件容错的方案,提高了嵌入式系统的可靠性.     

面向RTEMS的嵌入式软件集成开发环境

实现面向RTEMS的嵌入式软件集成开发环境,提高嵌入式应用程序的可靠性和开发效率。在编译过程中添加缓冲区溢出动态检测模块,从而在程序运行过程中检测到缓冲区溢出,提高了程序可靠性。利用插桩技术实现远程调试环境,结合能对RTEMS进行定制的集成开发环境,提高了嵌入式应用程序的开发和调试效率,缩短了开发周期。     

硬实时系统在强分区约束下的双层分区调度

文中研究了硬实时系统在强分区约束下的双层分区的调度问题,合理建立了强分区约束下的双层分区调度模型,给出了最坏情况下的分区任务集可调度的判定条件.同时,在此基础上,提出了与分区利用率匹配的分区设计方法,导出了该方法下的系统可调度利用率的最小上限.仿真实验表明,在严格实时的条件下,文中提出的方法相对于现有方法更具优越性,并提高了分区可调度利用率的最小上限.     

RTEMS存储管理的研究与改进

对嵌入式实时操作系统RTEMS的两种存储管理方法——分区和区域进行了分析和研究。分区管理是将内存划分为大小相等的缓存块,以队列的形成将空闲缓存块组织在一起,并以缓存块为单位动态地分配。区域管理以可变大小的内存段进行分配,用双向链表来管理空闲内存段,采用首次适应算法对内存进行分配。由于区域管理算法复杂,因此,本文提出带辅助位示图的位示图存储管理方案,使内存分配更加简单,同时也解决了空闲区合并问题,提高了RTEMS的可靠性和实时性。     

基于最优虚拟截止日期多处理器混合时序调度

为提高混合临界系统实时调度有效性,提出基于最优虚拟截止日期的多处理器混合时序调度算法.将现有非抢占最早截止时间可调度性测试算法推广到混合临界多处理器系统,引入时序保证技术,确保系统在两个不同临界值间过渡;将所提可调度性测试扩展到混合临界系统,利用系统级截止期缩减参数控制,设计最优虚拟截止日期分配策略.仿真结果表明,采用最优虚拟截止时间分配策略可调度性测试可发现大量额外可调度任务集,实现混合临界多处理器非抢占调度性能提升.     

广播内存网在实时半实物仿真系统中的实现

针对实时半实物仿真系统对实时性要求高的特点,提出一种利用广播内存网技术构建实时半实物仿真系统的方法.详细地阐述了广播内存网的工作原理、技术特点和连接方式,设计了一套基于虚拟共享内存中间件技术的实时半实物仿真基础平台软件.以该基础平台软件为核心,对整个实时半实物仿真系统进行了详尽的功能及性能测试,测试结果表明该系统传输延迟及抖动小,传输可靠性高,可以满足实时半实物仿真系统对实时性和可靠性的要求.     

嵌入式操作系统RTEMS内核的初步分析

在分析RTEMS内核的基础上,介绍嵌入式系统RTEMS内核的基本概念、基本组成结构、关键的数据结构、实时设计思想.文中还提出RTEMS对一些关键问题的处理方法.     

Reliability-aware scheduling for reducing system-wide energy consumption for weakly hard real-time systems

While energy consumption is the primary concern for the design of real-time embedded systems, reliability and Quality of Service (QoS) are becoming increasingly important in the development of today’s pervasive computing systems. In this paper, we present a reliability-aware energy management (RAEM) scheme for reducing the energy consumption for weakly hard real-time systems with (m, k)-constraints, which requires that at least m out of any k consecutive jobs of a task meet their deadlines. In order to ensure the (m, k)-constraints while preserving the system reliability, we propose to partition the real-time jobs into mandatory and optional ones as well as to reserve recovery space for mandatory ones in an adaptive way. Moreover, efficient on-line scheduling techniques are proposed to reduce the system-wide energy, which is consumed not only by the processor but also by other peripheral devices at run-time. Through extensive simulations, our experiment results demonstrate that the proposed techniques can significantly outperform the previous research in reducing system-wide energy consumption for weakly hard real-time systems while preserving the system reliability.     

基于RTEMS的软件容错系统设计

在空间环境下运行的计算机系统,高空辐射可能引发各种各样的异常或错误而导致故障。为了提高系统的可靠性,同时尽可能减少对系统实时性能的影响,需要对其进行有效的容错。针对节点和应用软件的故障检测和故障恢复进行研究与分析,提出了多种灵活有效的软件容错策略与设计方案,并基于四节点的多机硬件体系结构和RTEMS软件操作系统,设计并实现了一个系统原型。运行结果显示,该方案有效地提高了嵌入式实时系统的可靠性。     

RTEMS消息管理机制的剖析和验证

RTEMS是美国军方为高性能实时系统研发的实时内核，已被成功应用于卫星数据处理和轨道控制。同时，它为实时仿真提供了有力的技术支持。实时仿真的实体是实时任务，消息机制在实时任务通信同步中扮演重要的角色。该文首先介绍了RTEMS通信同步的管理功能，然后分析了RTEMS消息机制与传统消息机制的差异。以形式化的语言定义了RTEMS消息机制，并且创建了其消息通信模型。在此基础上，借助树形结构详细剖析了消息创建指令。最后设计了一个Msg—Test测试实例，验证消息机制的正确性。分析得出，RTEMS的消息机制调度方式灵活，设计合理严谨，为实时仿真提供了可靠保证。     

分布式三维实时漫游系统数据存储和调度方法研究

本文针对工作站多通道输出的分布式三维实时漫游系统，设计并实现了DEM和纹理数据的存储和调度方法，详细介绍了数据的分块存储，视点相关的可见区裁剪和细节层次的选择，并且介绍了预可见区数据的预调度和多通道输出可见区的分割。该方法能保证场景显示的平滑和连续性，能达到比较满意的帧率。     

嵌入式Forth操作系统实时调度算法研究

针对目前嵌入式Forth操作系统中缺乏实时调度机制的问题,对基于Forth虚拟机架构的嵌入式操作系统中多任务调度的关键技术进行了研究。采用Forth虚拟机技术,新定义了一种中断任务类型来处理实时突发事件,并给出了一种新的任务调度算法来调度 Forth系统中终端任务、后台任务以及中断任务顺利运行。实验结果表明,改进后的 Forth 系统能够通过实时调度处理突发事件,并且实时响应度高,尤其适用于对实时性有要求的嵌入式环境中,以满足日趋复杂的嵌入式环境对高效操作系统和 Forth 技术的应用需求。     

Xen虚拟机的虚拟CPU松弛协同调度方法

目前,Xen虚拟机调度算法均采用独立调度虚拟CPU的方式,而没有考虑虚拟机各虚拟CPU之间的协同调度关系,这会使虚拟机各个虚拟CPU之间产生很大的时钟中断数量偏差等问题,从而导致系统不稳定.为了提高系统的稳定性,基于Credit算法提出了一种比RCS(relaxed co-scheduling)算法更松弛的协同调度算法MRCS(more relaxed co-scheduling).该算法采用非抢占式协同调整方法将各个虚拟CPU相对运行的时间间隔控制在同步时间检测的上限门限值Tmax之内,同时利用同步队列中虚拟CPU优化选择调度方法和Credit算法的虚拟CPU动态迁移方法,能够更加及时地协同处理虚拟CPU,并且保证了各个物理CPU的负载均衡,有效地减少客户操作系统与VMM的环境切换次数,降低了系统开销.实验结果证明该方法不但保证了系统的稳定性,而且使系统性能得到一定程度的提升.虚拟机调度算法不仅影响虚拟机的性能,更会影响虚拟机的稳定性,致力于虚拟机调度算法的研究是一项非常有意义的工作.     

嵌入式实时操作系统的分析评测方法

使用WCET(Worst-case execution time)分析工具Bound-T,分析典型实时操作系统(RTMES和uClinux)的关键模块代码,在系统运行在硬件上之前分析其机器码,给出整体系统的最坏执行时间.在系统的WCET达到要求之后,再通过实验使用benchmark,评测操作系统的典型实时性能指标,给出两个嵌入式实时操作系统的实时性能对比,并分析RTEMS(Real Time Executive for Multiprocessor Systems)的优势所在.