嵌入式实时系统的检验技术

检验是产品周期的最后一个阶段,特别在要求高可靠性时要给予特别的关注.本文提出一种新的检验方法来避免嵌入式系统的实时要求带来的复杂性.     

基于消息服务器的嵌入式实时系统进程管理研究

本文针对嵌入式实时系统提出基于消息服务器的进程管理机制。该机制基于端口对象理论,采用真正的消息驱动,实现了调度算法的动态可重构,减小了系统开销,提高了系统的可调度性,并通过PV通令机制实现了实时分布式进程管理。文章最后给出了系统可调度的充要条件。     

实时系统的多任务调度

讨论了实时系统多任务的调度，对速率单调调度算法进行了改进，以便其能应用于具有非周期任务的实时系统，同时对系统的瞬时过载有一定的适应性。最后，给出了系统中任务可调度的条件。     

嵌入式实时系统中断管理技术研究

嵌入式实时系统中断管理技术直接影响到系统的实时响应性能。本文通过对嵌入式内核中断管理技术的研究,归结出“中断前-后段处理”模型;同时,针对一些处理器中多个外部中断共用一个向量的问题,提出一种单向量多中断处理映射技术,并在PowerPCMPC860处理器上实现DeltaOS内核时,验证此技术的有效性。     

基于反馈控制的嵌入式实时系统调度算法设计

针对嵌入式实时系统在系统负载模型不确定的情况下系统的实时任务错过率过高以及调度稳定性差的问题,提出了一个基于反馈控制的调度模型.该模型主要由改进的多级队列调度器和3个控制器(准入控制器、执行等级控制器、比例积分微分(PID)控制器)组成.任务的错过率偏差反馈到PID控制器,产生相应的调整量并作用于其他两个控制器,对实时任务的执行等级进行调整, 经过调整的任务被调度器调度执行.在对模型中每个部件进行了一些结构调整和改进设计之后,将该调度模型应用于嵌入式可配置操作系统(eCos)中.实验结果表明,该模型降低了任务的时限错过率,同时解决了系统频频超载的问题.     

CORBA在分布式嵌入式实时系统中的应用

分析了分布式嵌入式实时系统的特点和要求,对实时CORBA的处理器、内存和网络资源管理的主要技术进行了总结,提出了利用CORBA技术建立分布式嵌入式实时系统的三种方案。     

嵌入式实时系统的软件需求检测

以需求描述模型HRFSM(hierarchical finite state machines based on rules)为基础,提出了一个嵌入式实时系统软件的动态执行模型(dynamic execution model,简称DEM)和基于该模型的检测方法.由于DEM能将控制流、数据流和时间有效地集成为一体,故提出的检测方法能检测嵌入式实时系统的软件需求的一致性和完全性.该检测方法由3种侧重点不同的检测形式组成,并能在检测过程中提供一些重要的检测信息.分析员可以利用基于该检测方法的工具灵活地对嵌入式实时系统的软件需求进行检测,以提高分析和检测软件需求的效率.     

实时系统的软件容错技术

实时系统广泛应用在对时间要求较高的环境中,这些系统的失败将导致灾难性的后果。但是软件的设计不可能完全正确,所以需要在使用中进行容错。本文介绍了常用的软件容错方法,并讨论其特点,以期给系统的设计者在选择容错方法时给予指导。     

嵌入式实时系统中RUDP通信的设计与实现

为提高嵌入式实时系统中处理器间通信效率，针对通常传输层协议的不足，设计并实现了嵌入式系统中RUDP通信模块，以实现嵌入式分布系统中各进程间可靠、高效的通信。首先给出了RUDP通信模块的基本功能、任务划分和控制机制；其次阐述了RUDP通信模块的实现过程，包括滑动窗口、消息和应答的识别与处理、主要定时器的处理和定时器管理；最后给出了结论。     

嵌入式实时系统内存管理策略

嵌入式系统内存配置较小,不能采用一般桌面系统的内存管理方式,选取合适的内存管理策略在嵌入式系统设计中起着重要的作用。介绍了嵌入式系统设计中内存管理的范围、对内存分配的要求以及可能出现的问题,对内存分配的方式进行了详细的阐述,给出了内存碎片、内存丢失、执行时间不固定等问题的解决方法。     

基于多处理机的混合实时任务容错调度

提出了一种混合实时任务容错调度算法．该算法采用Rate Monotonic(RM)算法完成周期任务的静态调度；采用预订处理机时间方法和Earlier Deadline First(EDF)算法动态调度非周期任务；采用主／副版本备份技术确保系统的容错能力．通过充分利用周期任务的剩余处理机时间调度非周期任务和主动备份与被动备份相结合的方法有效地减少了处理机数．仿真结果证明了算法的有效性．     

异构分布式系统中实时周期任务的容错调度算法

提出一个基于抢占性实时周期任务的可靠性调度模型,该模型与现有可靠性模型相比充分考虑了单处理机故障容错情况下的系统可靠性,因而更加接近现实和精确.在此基础上,提出一个基于异构分布式系统的实时容错调度算法IRDFTAHS,IRDFTAHS算法以提高系统的可靠性为目标来进行任务的分配,从而在不增加硬件代价的前提条件下通过调度增加了系统的可靠性.该算法同时支持主动和被动两种方式的副版本,使得容错调度算法具有更大的灵活性.最后,通过仿真实验对IRDFTAHS和现有的调度算法在几个方面进行比较.实验结果表明,IRDFTAHS算法的综合性能优于现有算法.     

Implementation of Hard Real-Time Embedded Control Systems

Although the domain of hard real-time systems has been thoroughly elaborated in the academic sphere, embedded computer control systems –- being an important component in mechatronic designs –- are seldom dealt with consistently. Often, off-the-shelf computer systems are used, with no guarantee that they will be able to meet the requirements specified. In this paper, a design for embedded control systems is presented. Particularly, the paper deals with the hardware architecture and design details, the operating system, and high-level real-time language support. It is shown how estimates of process run-times necessary for schedulability analysis can be acquired on the basis of deterministic behavior of the hardware platform.     

无线传感器网络混合任务的系统级低功耗实时调度算法研究

现有的无线传感器网络节能研究主要集中在无线通信上面,针对传感器节点CPU节能的研究还不够充分.本文以多任务、多跳网络传输的实时无线传感器网络为研究对象,从节点的调度分析出发,在保证其实时性的前提下,结合动态电压调节技术,提出两个低功耗实时调度算法:(1)基于任务最坏执行时间来计算任务CPU速度的静态低功耗调度算法;(2)将任务在实际执行过程中产生的空闲时间,分配给余下将要执行的任务,进一步调整其电压等级,即动态低功耗调度算法.仿真实验结果表明,本文提出的算法能够有效降低节点CPU能耗.     

Methods for the Development of Distributed Real-Time Embedded Systems Using VDM

The development of distributed real-time embedded systems presents a signi-ffcant practical challenge both because of the complexity of distributed computation and because of the need to rapidly assess a wide variety of design alternatives in early stages when requirements are often volatile. Formal methods can address some of these challenges but are often thought to require greater initial investment and longer development cycles than is desirable for the development of noncritical systems in highly competitive markets.In this paper we propose an approach that takes advantage of formal modelling and analysis technology in a lightweight way, making signi cant use of readily available tools. We describe an incremental approach in which detail is progressively added to abstract system-level speci cations of functional and timing properties via intermediate models that express system architecture, concurrency and distribution. The approach is illustrated using a modelof a home automation system. The models are expressed using the Vienna Development Method (VDM) and are validated primarily by scenario-based tests.     

嵌入式系统的动态功耗管理结构

近几年来功耗问题成为在嵌入式系统领域中普遍关注的热点问题。其中动态功耗管理便是一种重要的减少系统范围的能量的方式。在近年的处理机设计技术中引入了支持基于动态电压与频率缩放的功耗管理的系统,主要提出一种基于这种技术的动态功耗管理的层次体系结构,它是基于"策略"的一种抽象定义。最后文章还用一个实例说明该结构不但能很好地完成复杂系统的功耗管理功能,而且具有较好的可扩展性,并且可以大幅度地降低系统功耗。     

分布式实时系统中的预测调度算法

对于分布式实时系统中的周期性任务,人们提出了一系列静态分配调度算法,有效地解决了各种特定条件下的任务分配和调度问题.这些算法的主要特点是,它们均要求被调度任务的特征参数为已知条件.然而在很多实时系统中,周期性任务的运行时间或任务数量常常是一些具有一定规律的随机过程,因而上述静态算法的效能将受到限制.在分析了特定应用背景中的处理流程之后,抽象得到两类随机任务模型,针对这两类模型介绍了在分布式实时系统中已经得到应用的静态分配调度算法SAA(static allocation algorithms),进而提出了多任务分配调度的预测算法PAA(predicting allocation algorithm).它根据周期性任务执行时间或子任务数量的统计特性,实现任务参量的合理预测和多任务的动态调度,以提高系统的实时性能.仿真结果表明,对于两类任务模型,PAA算法与SAA算法相比,在任务完成时间、负载均衡度、系统响应时间及任务夭折率等多方面均有显著改善.     

Modeling Complex Real-Time and Embedded Systems—The UML and DORIS Combination

Real-time and embedded systems have widespread use in industrial, commercial and defence applications. They tend to be large and complex and need to focus on non-functional aspects such as performance, throughput and dependability. The UML has demonstrated potential for modeling real-time and embedded systems, but this potential can be greatly enhanced with the use of DORIS, a method extensively used in the aerospace industry. This paper considers how the two can be used in combination to model complex systems.     

嵌入式系统中的电压自适应超时策略

针对电池供电系统放电过程中输出电压不恒定的特性,在临界电压区设计电压自适应超时策略。根据工作负载的变化情况,在线动态调整超时门限值,在?V(?t)值恒定情况下,通过改变?t(?V)值达到系统性能与电池寿命间的平衡,并扩展动态电压管理自适应对象的范畴。在嵌入式系统开发平台的应用结果表明,该策略在降低系统功耗的同时,能延长电池持续使用时间。     

一个基于嵌入式实时操作系统内核的状态

在嵌入式实时系统的研发过程中,传统的交叉调试技术无法全面了解系统的实时运行状态.更为严重的是,它会破坏运行任务的实时性.本文在嵌入式交叉调试器研究的基础上提出并实现了一种基于嵌入式实时内核的系统状态监视器,它不但能够获取开发者所需的系统状态数据,而且能够有效保证运行任务的实时性.