分布式嵌入式系统实时调度的建模

针对RBTPN模型在建模分布式嵌入式系统实时调度时的不足,提出了一种新的扩展时间Petri网模型。该模型通过在需要处理器资源的变迁上引入变迁速率因子,得到具有相同优先级变迁的运行速率函数,从而在分布式嵌入式系统的调度建模中,在单个处理器上结合了固定优先级可抢先调度和轮转调度。随后给出了该模型可达图的构造方法,以便可以得到调度序列的各种性质。     

高性能路由器操作系统HEROS的设计与实现

实时分布式操作系统是高性能分布式路由器的控制核心 ,为了保证路由器系统的整体性能和安全性 ,本文设计并实现了实时分布式操作系统 HEROS(Highly Efficient Router Operating System) .HEROS基于微内核体系结构 ,其多任务内核实现了基于优先级的抢先式调度 ,高效率的任务间同步和通信原语 ,实时的中断处理和高效的内存管理机制 .为了更好地服务于分布式路由器体系结构 ,HEROS基于 Compact PCI总线实现了一种分布式通信机制和面向网络协议的高性能的缓冲管理机制 .目前 ,基于 HEROS的高性能安全路由器原型系统已经设计完成     

面向并行图像处理的实时分布式操作系统的设计与实现

针对多片TMS320C64 DSP构成的多计算机体系结构的实时图像识别系统，设计并实现了面向并行图像处理的实时分布式操作系统PIPORTDOS（Parallel image processing-oriented real-time distributed operating system）．PIPORTDOS基于微内核体系结构，包括硬件抽象层、系统核心层、分布式消息通信机制和系统服务层四个层次．其多任务内核实现了基于优先级的抢先式调度、任务闻的同步和通信原语、实时的中断处理以及面向应用的缓存管理机制．为了实现对分布式并行图像处理的支持，PIPORTDOS采用了基于消息传递（Message Passing）的方式，并在实现中充分考虑了上层图像处理算法的应用需求以及DSP的硬件功能．相关性能指标表明，本文设计实现的PIPORTDOS完全可以满足系统的强实时性要求．在功能上也能适应算法对不同并行结构的需求．     

高性能路由操作系统HEROS的 设计与实现

实时分布式操作系统是高性能分布式路由器的控制核心，为了保证路由器 系统的整体性能和安全性，本文设计并实现了实时分布式操作系统HEROS（Highly Efficient Router Operating System).HEROS基于微内核体系结构，其多任务内核实现 了基于优先级的抢行式调度、高效率的任务间同步和通信原语，实时的中断处理和高效的管理机制，为了更好地服务于分布式路由器体系结构，HEROS基于CompactPCI总线实现了一种分布式通信机制和 面向网络协议的高性能的缓冲管理机制。目前，基于HEROS的高性能安全路由器原型系统已经设计完成。     

改进型时间触发嵌入式系统编程模式

对于成本敏感的嵌入式系统,通常因为资源有限而难以采用抢先式实时多任务操作系统。传统的基于超级循环的前后台编程方法和基于时间触发的合作式多任务编程方法对任务的划分需要较高的技巧。本文通过对基于时间触发合作式调度器的改进,建立了一种适用于小型嵌入式系统的通用编程模式,使这类系统的编程变得清晰、简单。     

容错实时任务调度的DSPN建模与分析

复杂系统的形式化描述对新系统的设计以及现有系统的改进与评价都具有十分重要的作用;针对处理机系统容错实时混合任务调度,提出采用确定与随机Petri网进行建模与性能分析;首先,根据任务执行的优先级、周期性、容错性和实时性,将任务分为四类;然后,采用DSPN对任务调度执行过程,不同优先级任务抢占式调度,处理机故障及故障恢复过程进行建模,由此构成处理机系统容错实时任务调度过程的DSPN模型;最后,仿真实验结果表明,在负载相同情况下,处理机利用率基本相同,且具有容错的实时任务调度算法可以有效地降低任务错失率;容错实时任务调度DSPN模型可以为复杂任务调度系统的Petri网建模与分析奠定了基础,并为实际工程应用提供了理论指导。     

嵌入式远程测控终端与PLC通信的研究

基于μClinux的多线程机制完成了一套中央空调远程测控终端系统,分析了嵌入式系统PLC的通信过程。通过在嵌入式处理器芯片上扩展网络接口将PLC连接到Internet,打破了PLC经由串口直接连接Internet的速率瓶颈,为实现分布式实时远程监控系统提供了一种高速率的解决方法。     

基于Petri的分布式实时嵌入式软件合理性分析

合理的模型是保证分布式实时嵌入式(DRE)软件可靠性的关键.提出了分析DRE软件模型的合理性方法.该方法基于带抑制弧的时间Petri网(ITPN),采用自顶向下的策略对功能模块及其通信过程分别建模,并利用Petri网的合成运算形成整个应用的ITPN模型.在确保系统实时性的前提下,给出软件模型合理性的形式化定义及其判定定理.最后以实例说明该方法的可行性.     

关于uC/OS-II中优先级翻转问题

1 uC/OS-II的运行机制 在嵌入式系统的应用中, 实时性是一个重要的指标,而优先级翻转是影响系统实时性的重要问题。本文着重分析优先级翻转问题的产生和影响,以及在 uC/OS-II 中的解决方案。 uC/OS-II 采用基于固定优先级的占先式调度方式, 是一个实时、多任务的操作系统。系统中的每个任务具一个任务控制快 O S _ T C B ,任务控制块记录任务执行的环境,包括任务的优先级,任务的堆栈指针,任务的相关事件控制块指针等。内核将系统中处于就绪态的任务在就绪表(ready　list)进行标注,通过就绪表中的两个变量 OSRdyGrp 和 OSRdyT…     

基于XScale处理器的视频通信系统

主要介绍在基于XScale处理器(PXA255)的嵌入式开发平台上搭建视频通信原型系统的具体方法。整个系统共分为采集、显示、编码、解码、发送、接收6个功能模块,着重介绍视频编解码部分在嵌入式系统上的优化方法。实验结果表明,在基于XScale(PXA255)处理器的嵌入式系统平台上,该视频通信原型系统可以基本满足实时视频通信的要求,并具有良好的可扩展性。     

An Energy-Efficient Processor Architecture for Embedded Systems

We present an efficient programmable architecture for compute-intensive embedded applications. The processor architecture uses instruction registers to reduce the cost of delivering instructions, and a hierarchical and distributed data register organization to deliver data. Instruction registers capture instruction reuse and locality in inexpensive storage structures that are located near to the functional units. The data register organization captures reuse and locality in different levels of the hierarchy to reduce the cost of delivering data. Exposed communication resources eliminate pipeline registers and control logic, and allow the compiler to schedule efficient instruction and data movement. The architecture keeps a significant fraction of instruction and data bandwidth local to the functional units, which reduces the cost of supplying instructions and data to large numbers of functional units. This architecture achieves an energy efficiency that is 23× greater than an embedded RISC processor.     

嵌入多路传输总线通讯接口的16位处理机

本文论述了一种嵌入多路传输总线通讯接口的１６位处理机的设计思想，介绍了高集成度的多路传输总线协议处理芯片ＢＵＳ６１５８０，详细说明了该处理机的硬软件实现方案。它可为航天，航空等领域的分布式系统提供数据处理与通信服务。     

Distributed embedded smart cameras for surveillance applications

Recent advances in computing, communication, and sensor technology are pushing the development of many new applications. This trend is especially evident in pervasive computing, sensor networks, and embedded systems. Smart cameras, one example of this innovation, are equipped with a high-performance onboard computing and communication infrastructure, combining video sensing, processing, and communications in a single embedded device. By providing access to many views through cooperation among individual cameras, networks of embedded cameras can potentially support more complex and challenging applications - including smart rooms, surveillance, tracking, and motion analysis - than a single camera. We designed our smart camera as a fully embedded system, focusing on power consumption, QoS management, and limited resources. The camera is a scalable, embedded, high-performance, multiprocessor platform consisting of a network processor and a variable number of digital signal processors (DSPs). Using the implemented software framework, our embedded cameras offer system-level services such as dynamic load distribution and task reconfiguration. In addition, we combined several smart cameras to form a distributed embedded surveillance system that supports cooperation and communication among cameras.     

A distributed load-balancing policy for a multicomputer

This paper deals with the organization of a distributed load-balancing policy for a multicomputer system which consists of a cluster of independent computers that are interconnected by a local area communication network. We introduce three algorithms necessary to maintain load balancing in this system: the local load algorithm, used by each processor to monitor its own load; the exchange algorithm, for exchanging load information between the processors, and the process migration algorithm that uses this information to dynamically migrate processes from overloaded to underloaded processors. The policy that we present is distributed, i.e. each processor uses the same policy. It is both dynamic, responding to load changes without using an a priori knowledge of the resources that each process requires; and stable, unnecessary overloading of a processor is minimized. We give the essential details of the implementation of the policy and initial results on its performance. Our results confirm the feasibility of building distributed systems that are based on network communication for uniform access, resource sharing and improved reliability, as well as the use of workstations without a secondary storage device.     

异构分布系统的实时任务轮转式容错调度算法

建立了一个异构分布式系统实时调度模型,对异构分布式系统中的任务及不同处理机资源进行了形式化描述.结合基版本/副版本技术,给出了用于异构分布式系统的实时任务轮转式容错调度算法.实例分析表明,该算法有效提高了异构处理机环境下的资源利用率以及整体计算性能.     

基于RapidIO的多DSP互联仿真实现

RapidIO协议作为数据通信协议之一在嵌入式系统开发中具有重要作用, 适合短距离, 需要多处理单元合作的应用场景, 例如多DSP构成的板卡系统. BWDSP芯片作为一款高性能数字信号处理器, 其丰富的计算资源在雷达信号处理等领域具有重要潜力. 硬件设计开发中, 直接采用已有数据通信协议很难适配具体硬件资源导致最终产品的数据传输性能较低. 因此需要结合具体硬件模型, 进行数据通信交换模型仿真建模设计, 提高数据传输效率. 本文首先介绍了RapidIO协议和BWDSP体系架构, 然后设计了基于SystemC语言的串行RapidIO交换模型, 最后设计实现了BWDSP虚拟平台. 本文设计的BWDSP虚拟平台功能符合实际RapidIO协议标准, 对硬件产品开发具有一定指导意义.     

基于存储技术的高速嵌入式处理器的设计与实现

SoPC(片上可编程系统,System on a Programmable Chip)在嵌入式系统中有着广泛的应用,通常用FPGA(现场可编程门阵列,Field Programmable Gate Array)实现.一类嵌入式处理器,例如小波变换处理器、压缩和解压缩处理器、FFT处理器,都可以采用基于存储技术的设计方法.FPGA的片内存储资源相对较少,如何有效地利用FPGA的片内存储资源实现高速的嵌入式处理器成为需要研究的问题.文中以FFT处理器为例说明这种方法的有效性,通过采用一种地址映射调度策略和两种无冲突操作数地址映射方式,减少了所使用的FPGA片内存储资源,提高了处理速度.该FFT处理器在实际系统中起到了关键作用.     

一种基于自定义以太网帧的高速数据传输协议及在成像系统中的应用*

针对将TCP/IP协议栈运用在嵌入式成像系统中作为通信方式时所存在的传输速度较低的不足,提出一种将数据封装在自定义以太网帧中进行传输的通信方式,并针对这种方式实现了网卡的驱动,定义了3种帧格式它们分别用于启动曝光、数据传输、数据重传等,设计一种基于状态机的控制协议实现相机的控制及图像数据的传输,最终在硬件平台上实现基于这种方法的成像系统。实验测试表明在NiosII嵌入式处理器工作在150MHz、uCosII操作系统条件下,基于自定义以太网帧的传输方式能将图像数据的传输速率提升4倍以上,这种方式特别适用于传输速率要求较高且资源有限的嵌入式程序成像系统。     

Extension Language Automation of Embedded System Debugging

Embedded systems contain several layers of target processing abstraction. These layers include electronic circuit, binary machine code, mnemonic assembly code, and high-level procedural and object-oriented abstractions. Physical and temporal constraints and artifacts within physically embedded systems make it impossible for software engineers to operate at a single layer of processor abstraction. The Luxdbg embedded system debugger exposes these layers to debugger users, and it adds an additional layer, the extension language layer, that allows users to extend both the debugger and its target processor capabilities. Tcl is Luxdbg's extension language. Luxdbg users can apply Tcl to automate interactive debugging steps, to redirect and to interconnect target processor input-output facilities, to schedule multiple processor execution, to log and to react to target processing exceptions, to automate target system testing, and to prototype new debugging features. Inclusion of an extension language like Tcl in a debugger promises additional advantages for distributed debugging, where debuggers can pass extension language expressions across computer networks.