嵌入式操作系统混合任务调度技术与策略研究

针对当前嵌入式系统中时间触发与事件触发混合任务的特点,以μC/OS-II操作系统架构为基础,设计了一种能够同时支持时间触发与事件触发的混合操作系统内核架构。该架构符合OSEK/VDX标准,具有良好的可移植性。针对混合任务调度问题,提出了一种静态周期性可抢占式混合任务调度策略,该策略同时支持中断级与任务级的任务切换,并采用EDF（最早截止时间优先）算法对被抢占的时间触发任务进行恢复,相比OSEKtime OS只能在中断级进行任务切换以及FIFO（先进先出）恢复算法,能够提高系统资源利用率,并最大限度保证任务实时性。实验分析结果表明,所设计的混合操作系统架构移植方便,所提出的混合任务调度策略可行有效,调度过程具有良好的可预测性。     

支持双重触发的μC/OS-II内核的设计与实现

针对当前大多数嵌入式操作系统不能同时支持时间和事件双重触发的机制,对μC/OS-II内核进行了深入研究,对μC/OS-II的调度代码进行了分析,提出了将系统内核架构设计为上下两层,以时间触发部分为上层主要模块,事件触发部分为下层基础模块的层次性架构。从而使得系统核心的调度器即可以调度TT任务也可以调度ET任务;实验证明,该方法不仅能够支持时间和事件双重触发的任务调度,而且在不影响可靠性和确定性的情况下,提高了系统的灵活性和实时性。     

基于混合架构的嵌入式实时操作系统设计

在嵌入式实时操作系统中,单独使用合作式调度或抢占式调度难以同时完全满足时间触发任务和事件触发任务调度的性能要求。针对该问题,结合不同调度方式和触发方式的优点,设计一个基于混合架构的嵌入式实时操作系统SinewOS。该系统支持时间/事件触发、合作式/抢占式的混合调度以及同等优先级任务的调度。实验结果证明,该系统具有良好的可预测性和时间确定性,事件响应速度快,代码空间要求低,适用范围广。     

双重触发的嵌入式系统内核安全访问控制

随着外部事件的不可预知性和实时任务复杂性的增加,传统的仅采用基于事件触发机制的嵌入式实时操作系统的设计变得更加困难,在很多情况下,该系统难以保证实时运行过程中的安全性与可靠性。本文针对μC/OS-II在设计之初并没有考虑时间触发以及安全访问控制机制的特性,结合OSEK时间触发标准,设计并实现一种符合OSEK标准的、基于时间/事件双重触发的内核任务调度机制,并在该调度机制中,提出通过采用通用访问控制框架（GFAC）和安全属性映射表的方法,保证了不同角色对系统访问的安全访问控制。实验结果表明,所设计的调度机制和访问控制方法不仅满足了时间和事件双重触发特征,而且加强了对内核的安全访问控制操作并具有良好的使用效能。     

事件/时间触发嵌入式操作系统内核的设计

针对分布式实时系统对操作系统内核的新需要,为避免因时间触发任务相互影响而造成的抖动,研究了时间触发任务的调度器设计,提出了一种改进的调度策略;在开放源代码的uCOSII嵌入式操作系统内核的基础上扩展了时间触发功能,设计了支持事件/时间混合触发的嵌入式实时操作内核TTuCOSII（Time-Triggered Micro Operating System II）。仿真实验表明TTuCOSII具有较高的时间触发精度,良好的调度性能,可以满足事件/时间混合触发的要求。     

基于UIO的安全关键实时通信协议NOP的设计与实现

NOP(Node Order Protocol)作为一种全新的安全关键实时通信协议,它在IEC61508框架下以节点顺序的理念构建分布式系统,消除通信协议对全局时钟的依赖,建立依赖于节点顺序的以事件为触发模式实现的时间触发协议的传输语义。同时NOP在保证时间触发协议安全性的同时,提高了协议的灵活性和资源利用率。对于NOP协议的实现,结合用户空间接口UIO(Userspace I/O),将NOP作为一个独立于内核之外的单独模块来完成协议的控制和通信,有效地减少由于系统内核崩溃等问题而产生的安全威胁,提高了NOP协议的安全性和可靠性。     

一种μC/OS-II中任务调度机制的改进方法

μC/OS-II是一种源代码开放的实时嵌入式操作系统,支持抢占式固定优先级的任务调度方法。扩展μC/OS-II的任务调度机制,使之支持设定同优先级任务,并实现同优先级任务时间片轮转,高优先级任务可抢占的任务调度方式。μC/OS-II中任务调度机制的改进方法既保留原调度机制的高度实时性,也增加任务调度方式的灵活性,并且实现简单、有效。     

混合机制下的SpaceWire传输延时仿真分析

为确保SpaceWire网络中高实时性消息的确定性端到端传输延时,提出将网络消息分为时间触发消息和事件触发消息的设计方法。通过对时间触发消息发送时刻的调度以及对虫洞路由器工作时间轴的规划,实现对网络消息传输的控制,设计开发一套仿真系统;构建3类网络场景,对消息传输延时仿真结果进行分析评价,验证了该系统兼并事件触发网络与时间触发网络的特点;提出一种基于SpaceWire组路由特点的网络重构方案,仿真实验验证了该方案的可行性。     

μC/OS-Ⅱ内核任务调度模块的扩展

针对μC/OS-Ⅱ不能支持同级任务调度的限制,提出一种基于时间片轮询调度的策略.该策略借用μC/OS-Ⅱ内核中的两个优先级任务,充当时钟源和轮询引擎,让同级任务在最低优先级任务下轮流运行.在不失实时性的前提下,让内核支持多达192个同级任务.实验及对比表明,该方案简单实用.     

飞机机电综合管理平台应用任务调度方法研究

针对飞机机电综合管理平台应用任务多、实时性强、安全性高的特点,通过研究ARINC653标准中的分区、进程两级任务调度机制和机载机电系统应用软件特点,设计了飞机机电综合管理平台应用任务分区划分、分区时间调度规划和分区内任务调度的具体方法;该方法可实现不同安全级别应用任务安全、实时共享机电综合管理平台资源;仿真实验结果表明,该方法能确定性保证飞机机电综合管理平台全部任务的可调度性,提高了系统安全性和硬件资源利用率,降低了系统开销。     

实时操作系统任务调度算法的硬件实现

对uC/OS-II的任务调度算法进行改进和硬化,在uC/OS-II内核基于优先级的抢占式调度算法的基础上扩展同优先级任务的调度算法,突破了原系统对任务数量的限制,去除了原系统对每个任务必须有不同优先级的要求,采用硬件逻辑实现RTOS中的任务调度,使其实时性和确定性显著提高。整个设计采用VHDL硬件描述语言,利用ISE 8.2软件进行系统调试分析完成功能仿真验证。仿真结果表明,任务管理的硬件实现保持了系统调用的正确性,同时降低了处理器开销,减少了系统调用的执行时间。     

基于OSEK/VDX的RTOS设计与实现

在分析OSEK/VDX规范的基础上,从任务调度、事件机制和资源管理等方面出发,研究8位嵌入式实时操作系统FDOSEK的设计,并在Freescale的MC9S08DZ60芯片上实现其内核。对FDOSEK的任务切换时间和存储需求进行测试,结果表明,FDOSEK具有较强的实时性和较低的存储需求,适用于汽车电子领域。     

μC/OS-Ⅱ二级调度算法的硬件实现

针对μC/OS-Ⅱ不支持同优先级任务轮转调度的问题,提出了二级混合任务调度策略。第一级调度把任务优先级高低作为任务调度的标准,实现不同优先级任务的抢占式调度;第二级采用时间片轮转策略,实现同优先级任务的轮转调度。采用FPGA片内的寄存器和RAM实现了等待任务列表和就绪表,并设计了后继轮转任务查找电路实现时间片轮转调度。整个设计采用VHDL,通过ISE 10.1软件时序仿真验证。仿真结果证明,硬件实现行之有效。     

基于LM3S811的时间触发多任务调度器设计

多任务调度是嵌入式系统的关键问题之一,时间触发具有实时性和时间可预见的特点。本文设计时间触发模式多任务调度器．提出一种包含时间进程和任务状态的时间表结构,以时间进程映射任务周期,以任务状态标识任务就绪,以状态传递函数来控制系统状态转移。结合LM3S811硬件平台,实现了接球游戏中的时间触发模式调度器设计。     

一种分区操作系统实时任务调度方法

本文以提高在综合化航空电子系统混合任务场景中的实时任务响应性能和解决遗产代码重用问题为目标,提出一种具备虚拟化支持能力的分区操作系统实时任务调度方法。该方法通过建立全局调度队列,并对任务状态进行合理控制,相比已有分区操作系统两级调度模型更为灵活,并且保证了虚拟化分区中客户操作系统自身的调度策略不被破坏,能够满足分区操作系统对任务调度实时性和虚拟化支持能力的需求。     

Nucleus操作系统在ARM11上的移植研究与实现

基于对ARM11架构的启动模式与内存分配的技术研究,通过对Nucleus内核的分析,在ARM11架构的芯片上实现Nucleus操作系统的移植。以S3C6410为例,详细介绍了从板级初始化到任务循环调度过程中的启动模块、中断设计、定时器设计、任务调度流程与触发方式。目前成功移植于TD-LTE系统中,实现操作系统基本功能的同时满足了实验项目中TD-LTE对系统实时性与任务资源管理的需求。     

面向安全关键系统的CAN总线应用研究综述*

控制器局域网适合小型安全关键系统的现场总线控制要求,能够以最大1Mbps速率发送和接收实时短消息。分析了CAN总线的结构、特点、协议仲裁机制、接口设计方法、实时特性和错误处理机制。为了支持任务关键网络,比较了事件触发协议与时间触发协议的特性,讨论了时间触发CAN协议的研究进展。     

UC/OS下的调度算法改造,提供非抢占的基于时间片轮转调度

UC/OS-Ⅱ是在嵌入式设备上设计的实时多任务操作系统,具有可剥夺实时内核,实现了基于优先级的抢占式任务调度算法。本算法保持现有的UC/OS-II内核关于任务调度的相关函数接口,提出了一种改进UC/OS-Ⅱ内核调度的方法,使其能实现多个任务以时间片轮转方式调度。     

基于中断的实时任务调度策略

针对嵌入式实时系统设计中,前后台系统实时性差,实时内核开销大的问题,利用中断与实时任务本身特点,提出并设计实现了基于中断的实时任务调度策略,在不增加系统资源开销、价格开销的情况下达到与采用实时内核相当的实时性能.     

基于DSP的时间触发总线设计与实现

网络通信系统是现代航空电子系统以及其他分布式实时容错系统的中枢,基于时间触发架构的网络通信系统是一个重要的发展方向。首先对于TTP/C协议的基本架构以及上电群启动过程,全局时钟同步,容错策略等关键技术进行介绍,然后提出一种基于TTP的时间触发总线协议,并基于DSP实现协议控制器进行时间触发通讯。结果表明时间触发总线具有良好的时间确定性,容错特性以及较高的总线利用率,适用于航空,铁路,汽车等安全关键系统的底层网络通信。