OSEK／VDX标准的车载嵌入式操作系统内核的结构与设计方法

OSEK/VDX标准在汽车电子领域有着广泛的应用.该标准仅仅规定了OSEK操作系统的系统行为以及相关接口功能,并未涉及其具体实现,因此研究基于OSEK标准的嵌入式操作系统结构与设计方法有着重要意义.在深入分析OSEK操作系统标准的基础上,给出了基于OSEK操作系统标准的车载嵌入式操作系统内核OSEKernel的结构.介绍OSEKernel中ECC2和BCC2一致类的任务调度、警报与计数器、第二类中断的设计方法,以及降低RAM消耗的任务堆栈优化方法,最终在x86平台下实现了OSEKernel的原型.     

嵌入式软件堆栈溢出的动态检测方案设计

设计了一种动态检测嵌入式软件堆栈溢出及使用量的方案,在不受堆栈溢出影响的定时器中断服务程序中,周期检测堆栈使用量,通过LED提示堆栈溢出深度.通过设置堆栈溢出缓冲区,在RAM空间中隔离堆栈和全局变量分区,使得浅度堆栈溢出不影响系统正常运行,同时,堆栈溢出缓冲区保存了关键的上下文信息,将该信息存储在非易失性存储器中,运行一段时间后,通过专用工具读取非易失性存储器中的堆栈使用量数据和溢出上下文信息,分析异常位置,从而调整堆栈尺寸或者调整程序设计,以提高系统运行的稳定性.     

嵌入式突发任务调度方法研究与仿真

面对突发任务调度过程中存在卡顿、负载均衡分配效果不佳等情况,对基于Forth虚拟机技术的嵌入式突发任务调度展开仿真探索.利用Forth虚拟机构建嵌入式突发任务调度框架,其中任务控制块利用任务R/D堆栈形成任务映像后,利用RAM模块形成任务信息块并在FLASH任务字典内创建任务名词,利用静态分配方式经过创建、初始化等步骤...     

基于行为监测的嵌入式操作系统堆栈溢出测试

堆栈测试是嵌入式操作系统安全评估的重要环节,堆栈溢出会覆盖邻近堆栈中的数据,造成数据错乱进而引发系统崩溃。然而捕获并定位堆栈溢出具有一定难度。首先,溢出数据可能会侵占操作系统中其它任务的私有堆栈,而发生溢出的任务本身没有异常表现,以致难以确定堆栈溢出的根源;其次,由于操作系统任务的优先级差异,堆栈溢出的暴露时间可能滞后于其发生时间。提出了一种基于实时堆栈分配与回收行为监测的动态堆栈测试方法,首先在堆栈行为测试点插入桩函数,以采集任务堆栈的测试码;然后设置上位机测试程序,以分析测试码并提供测试结果,实现实时捕获并定位堆栈溢出。利用此方法,在基于车载远程信息处理终端的实际测试中,定位到了3处造成系统崩溃或复位的堆栈溢出异常,评估了操作系统堆栈的安全性。另外,根据测试结果,优化了堆栈大小的静态分配,在单个任务中最多节省了42%的堆栈空间,并将整个任务RAM压缩至原来的63%。     

多核平台下分区操作系统的安全关键任务调度方法

多核环境中并发、资源共享和任务迁移等特性,导致分区操作系统的安全关键任务调度存在较大的不确定性。为此,提出一种针对多核平台分区操作系统的安全关键任务调度方法。判断系统是否包含安全关键任务并将其分为关键分区和非关键分区。在系统层通过资源划分的方式确保关键分区的独立运行,根据分区利用率确定最小资源上限,在保证安全关键任务调度可靠性的同时,提高系统的资源利用率。在分区层设计基于动态优先级的双模容错任务调度算法和基于二分搜索的最小任务优先级搜索算法,以提升系统的容错能力。实验结果表明,该方法能够提高分区操作系统的资源利用率和任务调度可靠性。     

μC/OS-Ⅱ实时系统任务调度优化

使用实时内核时,优先级的反转问题是实时系统中出现得最多的问题.为了解决这一问题,操作系统必须动态地提升获得资源的任务的优先级.该文分析了μC/OS-Ⅱ的任务调度机制,提出了一种基于优先级继承提升的策略用以解决优先级的反转问题,从而优化了实时操作系统的任务调度,增强了其对高优先级任务调度的实时性.     

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。     

一种用于嵌入式系统的可变长缓冲区设计及其实现

为嵌入式TCP/IP协议栈设计了一种简洁高效的缓存机制,基于裸机实现,实现变长和定长缓冲区管理,提供动态分配和回收,针对数据源和流向提供PBUF_ROM,PBUF RAM,PBUF REF,PBUF_POOL四种不同的缓冲区实现,提供了对这些缓冲区的操作,并对性能作了简要分析.     

网格协同设计环境中的任务调度机制

分析了网格环境中的任务调度模型及任务调度过程。基于具体的网格协同设计构架GMCD,提出了相应的任务分解和调度流程,并进一步在网格协同设计环境中引入了资源预留机制,为实现网格协同设计中的任务调度提供了保障。     

ARM嵌入式数控切割系统中双口RAM驱动的实现

基于裸机的数控切割装备,已经暴露出功能方面的种种不足.作为弥补这种不足的方法之一,就是在硬件基础上定制适合自己的操作系统.以三星公司的ARM、TI公司的DSP以及DPRAM为硬件基础,并以Linux作为操作系统,研发了一款嵌入式数控系统方案.着重研究了该系统中针对双端口RAM的底层驱动程序的开发技术.讨论了如何在Linux操作系统下添加设备驱动,并讨论了如何在总线直接相连的情况下,给DPRAM分配内存区域.文章给出了程序流程以及程序结果.     

可重构计算混合系统硬件的设计与实现

可重构计算系统中软硬件资源的管理缺乏统一的机制,资源不能被有效利用。为此,设计并实现一种硬件任务模型,为上层软件提供统一的硬件接口,使操作系统能够对软硬件任务进行统一管理,并给出硬件任务下载器的实现结构及工作流程。实验结果表明,该硬件任务模型的运行效率较高,硬件任务下载器能较大地提高硬件任务的下载速率。     

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。     

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。     

天基预警系统传感器调度方法

对天基预警系统调度问题进行了研究。在分析预警任务过程与特性的基础上,提出一种基于关键点的任务分解方法,以简化多任务多资源间的复杂可视关系并降低单任务的资源占用量。针对子任务调度问题,提出一种基于复合优先权的求解算法。仿真结果表明提出的任务分解方法和调度算法能够在给定时间内求得理想的调度方案。     

面向实时嵌入式操作系统的进程机制

面向通信领域的嵌入式程序必须在资源受限的硬件环境中应对不断增加的通信业务,单纯依靠商用嵌入式操作系统的任务机制已不能提供足够的业务并行度和吞吐量。针对该问题,基于嵌入式操作系统任务机制提出一种更小粒度的进程解决方案,相对于任务对象,使用进程作为执行单元不仅内存资源占用少,且进程之间切换速度快,系统可以支持大量进程并行。该进程机制能够提供有效的系统监测和故障诊断手段,从而保证系统的健壮性。     

基于统一调度的RTOS软/硬件任务资源竞争机制研究与设计

面向可编程的系统芯片（SOPC）中的实时操作系统(RTOS),在软/硬件任务统一管理的基础上,建立了一种软/硬件任务统一调度模型。然后分析了软/硬件任务间发生共享资源竞争的问题,深入研究了其内部运行机制,提出了一种基于记录型信号量和统一调度模型的软/硬件任务资源竞争解决方法(SHTRCR)。仿真实验表明,在相同条件下,采用本方法软/硬件任务截止时间的保证率高于无统一调度支持的软/硬件任务资源竞争方式。     

分时EDF算法及其在多媒体操作系统中的应用

提出了一种新的CPU调度算法－－分时EDF（Earliest Deadine First)算法,该算法能保证硬实时任务不丢失死线,并易于在分时系统中实现。以分时EDF算法为基础,提出一种新的CPU层次调度算法－－HRFSFQ,该算法用于多媒体操作系统时能保证各类任务的QoS。最后通过大量实验证明了上述算法的有效性和正确性。     

实时多任务操作系统优先级反转与预防

实时多任务操作系统相对于其他操作系统而言,需要有更快的对外部事件的反应能力。因此,选择一种合适的任务调度算法非常重要。本文分析了时间片轮转的优先级抢占任务调度算法,以及控制共享资源访问的信号量机制。如果多个任务访问共享资源,可能会导致优先级反转。最后,提出了解决优先级反转的途径：优先级继承。试验证明,该方法行之有效。     

TinyOS中多优先级任务队列调度策略研究

针对TinyOS先来先服务调度策略中重要任务不能及时响应的不足,提出一种基于多优先级任务队列的调度策略。该调度策略将原来一个任务队列增加为三个优先级队列并引入抢占机制,最高优先级队列中的任务在满足抢占原则时才可以抢占其他队列正在执行的任务,任务只能在不同队列之间发生抢占,这样既减少了上下文切换,又保证了重要任务的优先执行。实验结果表明,该调度策略在不影响原有系统性能的情况下,提高了TinyOS对重要任务的响应性能。