嵌入式实时软件通用框架模型研究

框架是一种在某个领域获得软件重用的重要途径,描绘的是一个待建应用系统软件的主要结构.从实时嵌入式系统的两大特性着手,提出了一个通用的嵌入式实时软件框架模型,深入分析了该框架下的资源模型、时间模型、任务模型、调度模型和通信模型以及它们之间的相互依赖关系,并且进行了建模.该模型在某航空机载系统研究中得到了应用并切实提高了软件的开发效率和可维护性,具有一定的工程理论和应用价值.     

嵌入式自适应实时资源管理

现存的资源管理方法是针对传统的封闭嵌入实时系统设计的,在动态环境时难以保证系统的服务质量。为此,依据新一代典型动态实时系统的需求,运用基于控制论的自适应实时资源管理方法,改进Red Hat公司的eCos操作系统,在原eCos操作系统中加入基于控制论的实时调度架构、RM调度器、实时任务API和系统监视器,实现一个嵌入式自适应实时资源管理架构。实验结果证明,该架构具有更精确和高效的服务质量,保证系统实时动态的资源需求和实时任务的正确性。     

开放式实时嵌入式系统自适应调度模型研究

开放式实时嵌入式系统中多类型实时任务并存和资源受限的情况给实时调度机制带来了新的需求和挑战。通过引入准入控制、资源管理、调度服务器、自适应调节机制等,提出了一个形式化的自适应调度模型。它能适应开放计算环境的不确定性,有控制地接受不同类型任务的运行;可根据系统资源和任务需求的最新变换情况计算带宽变化,自适应地调节任务的优先等级,使得系统运行在最优的实时性能上;该模型在某航空机载系统设计中得到了实际应用,同其它类似系统相比,该模型的应用提高了系统的调度性和系统稳定性。     

基于任务间通信的嵌入式组件模型

通用组件技术如COM、CORBA等技术已较完善,但是它们应用于嵌入式系统却有很多局限,如需要庞大的底层基础支持、没有实时调度能力等。根据嵌入式系统以及应用的特点,分析了现有的通用组件模型和当前嵌入式组件技术的发展现状,提出了一种新的嵌入式组件模型——基于任务间通信的嵌入式组件模型。该模型具有资源消耗小、有实时调度能力、无须大量底层支持的优点,该文介绍了系统框架和实现方法以及组件开发方法。     

Compositional power-aware real-time scheduling with discrete frequency levels

Power consumption remains a hot issue in all areas of computing ranging from embedded systems that rely on batteries to large scale data centers where reducing the power consumption of computing devices directly affects not only the management cost, but also contributes to a greener computing environment. The power-aware real-time scheduling problem has recently been addressed for a compositional framework with periodic task model under the assumption that a processor can continuously vary its operating frequency and voltage. However, in practice, this technique is only suboptimal and still produce the waste of computational resources. This paper introduces new frequency scaling schemes that statically determine optimal processor speeds at system, component, and task levels with the objective of minimizing the total energy consumption of the entire framework. Since real-world processors support only a finite set of operating frequencies, our algorithms also consider only discrete speed levels and guarantee still that each task meets its deadline. We implemented and evaluated the performance of a prototype framework that incorporates our algorithms on top of the RT-Xen hypervisor in order to provide power-aware compositional real-time scheduling framework to virtual machines.     

层次化动态实时调度框架的设计与实现．

现有嵌入式系统具有应用场景多变、实时性要求严格、上层应用复杂、鲁棒性较强等特点,在嵌入式操作系统层面对系统防危性要求较高。时间隔离机制是提高系统防危性的重要组成部分,为此,提出一种将层次化动态实时调度框架作为时间隔离的实现策略。引入任务同质性的概念进行任务分划,将产生的任务集作为层次框架的基础,证明多层次框架下实时任务的可调度性条件,设计调度算法结构并实现调度算法的动态切换。仿真结果和理论分析表明,该调度框架在保证上下文切换时间复杂度稳宦的前撂下．可楫高秦统防毹性并动态应对系统债载的变化。     

基于PowerPC的高精度定时器设计与实现

实时系统中定时器的精度直接影响到任务的及时响应和正确执行。普通嵌入式Linux的定时精度较低,无法满足实时需求。通过对高精度定时器的研究,针对PowerPC平台硬件特点实现一种高精度定时器,同时提出基于PowerPC平台的高精度定时器框架,易于进行移植。测试结果表明,改进后的定时器定时精度和延迟时间都达到微秒级,为系统中实时任务的正确执行提供了必要条件。     

基于嵌入式实时操作系统的驱动框架

嵌入式设备随着应用领域的扩展呈现出多样性以及复杂性，而嵌入式实时系统普遍不具有良好的设备驱动体系结构，造成驱动开发困难、可移植性差。该文给出了一种嵌入式实时操作系统下的驱动框架，支持各种设备及总线接口，设计了一种快速的设备中断机制，符合嵌入式实时系统的强实时、高可靠的特点，能够满足开发各种嵌入式系统。     

并行实时测控数据存储系统设计与实现

随着测控设备数量增加、数据码率的不断提高,传统的测控中心实时存储系统采用的串行化处理逻辑已经难以适应高负载的测控任务需要。采用SPMD（Single Program Multiple Data）思想,基于OpenMP和Qt设计并实现了一套并行实时测控数据存储系统框架。该系统通过引入M/M/1模型的排队系统,设计了一种适合并行实时测控数据存储系统的静态负载均衡算法,基于互斥锁完成了线程间的细粒度通信同步机制,借助于事件循环机制将Qt的信号与槽特性成功地嵌入OpenMP线程,保留了Qt图形界面良好的人机交互性能。实验结果表明该系统在高负载的情况下,相比串行测控数据存储系统而言具有更好的扩展性和实时性,能更好地利用现行单机多核系统的计算资源,获得更好的实时性能。     

信息安全风险管理系统的设计与实现

嵌入式设备随着应用领域的扩展呈现出多样性以及复杂性,而嵌入式实时系统普遍不具有良好的设备驱动体系结构,造成驱动开发困难、可移植性差.该文给出了一种嵌入式实时操作系统下的驱动框架,支持各种设备及总线接口,设计了一种快速的设备中断机制,符合嵌入式实时系统的强实时、高可靠的特点,能够满足开发各种嵌入式系统.     

An FPGA-based architecture for embedded systems performance acceleration applied to Optimum-Path Forest classifier

Classification techniques development constitutes a foundation for machine learning evolution, which has become a major part of the current mainstream of Artificial Intelligence research lines. However, the computational cost associated with these techniques limits their use in resource constrained embedded platforms. As the classification task is often combined with other high computational cost functions, efficient performance of the main modules is fundamental requirements to achieve hard real-time speed for the whole system. Graph-based machine learning techniques offer a powerful framework for building classifiers. Optimum-Path Forest (OPF) is a graph-based classifier presenting the interesting ability to provide nonlinear classes separation surfaces. This work proposes a SoC/FPGA based design and implementation of an architecture for embedded applications, presenting a hardware converted algorithm for an OPF classifier. Comparison of the achieved results with an embedded processor software implementation shows accelerations of the OPF classification from 2.18 to 9 times, which permits to expect real-time performance to embedded applications.     

嵌入式分布实时系统自适应资源管理架构

分析了开放嵌入式分布实时(Distributed Real-time and Embedded,DRE)系统的自适应资源管理需求,针对传统静态资源管理方法的不足,提出了一种面向开放DRE系统的自适应资源管理架构;该架构采用动态任务管理、实时资源分配和自适应控制三种关键技术,能够更加适用于开放、动态的环境,有效应对资源约束和资源状态、应用程序QoS的变化;提高系统性能和稳定性;屏蔽底层硬件资源的异构性,为上层应用提供统一的服务接口。     

基于动态可重构技术的装备测试系统研究

当前国内自动测试系统存在实时性差、测试资源冗余、成本高等问题,针对以上问题,提出了基于FPGA部分动态重构技术的自动测试系统,该系统基于FPGA动态可重构技术并结合嵌入式操作系统实现测试资源的动态管理,并开发了用于测试过程的硬件自动测试任务编程模型,提出了一种用于重构任务加载的ICAP控制器;该系统实现测试过程的并发执行,从而增强自动测试系统测试的实时性,进而提高测试的准确性与覆盖性。在验证试验中,将动态重构测试系统应用于自动测试实例中,试验结果表明硬件重构测试任务加载正常,各测试资源功能执行正确     

Real-time task scheduling and network device security for complex embedded systems based on deep learning networks

As a hotspot of machine learning research, deep learning is applied in many fields. Embedded systems are becoming more and more complex and networked, so the real-time performance of embedded systems and the security of network embedded devices face severe challenges. Based on this, this paper studies the real-time task scheduling problem for complex embedded systems and the security of embedded network devices. For real-time, this paper proposes a comprehensive task scheduling algorithm. Based on the task classification in the embedded system, different scheduling methods are adopted for different tasks, and the scheduling mode is flexibly changed as the system load changes. A dynamic integrity measurement model is established based on the star trust chain structure, and the hardware implementation mechanism of constructing dynamic trust chain in embedded system is studied. The dynamic reconfigurable hardware design method based on FPGA is applied to the construction of dynamic trust chain, and a verification system is designed to verify the dynamic measurement mechanism. This can solve the security problem of deep network embedded devices to a certain extent.     

面向SPARC处理器架构的操作系统异常管理验证

航天器等安全关键系统是典型的嵌入式系统,具有多任务并发、中断频发等特点,操作系统是其最基础的软件,构建一个正确的操作系统是保障航天器系统高可信运行的关键.异常管理作为操作系统最底层的功能负责引导系统控制流的突变来响应处理器状态中的某些变化,异常管理的正确性是整个操作系统正确性的基础.本文提出了一种基于Hoare-logic的验证框架,用于证明面向SPARC处理器架构操作系统异常管理的正确性,特别针对多任务并发和中断频发实时操作系统异常嵌套与异常中发生任务切换的情况,将异常管理划分为五个阶段进行全面的形式化建模,并且在Coq证明定理辅助工具中实现了此框架.基于该框架验证了我国北斗三号在轨实际应用的航天器嵌入式实时操作系统SpaceOS异常管理功能的正确性.     

数字扫频仪中的实时控制系统设计与研究

针对国内的扫频仪价格较贵、体积庞大和电路结构复杂等问题,提出了采用ARM9处理器S3C2440作为控制电路的核心,将其嵌入式系统解决方案引入到扫频仪当中.实时性是系统软件设计的关键,扫频仪中采用了实时操作系统μC/OS-Ⅱ.通过对任务切换时间、任务执行周期及CPU利用率的测试,对系统中各任务的可调度性、实时性和系统资源使用率进行了分析,提出了合理的任务划分及资源分配方案.整个系统的控制与数据处理均由单片S3C2440完成,简化了电路结构,降低了制作成本.     

OSEK/VDX嵌入式实时操作系统在汽车稳定性控制器中的应用

根据OSEK/VDX标准设计嵌入式实时操作系统,侧重于任务管理,资源管理部分的实现。并在自主开发的汽车稳定性控制器硬件在环仿真平台上进行验证。实验结果表明,在该操作系统上开发系统可以有效地提高实时性和稳定性,能够满足汽车稳定性控制器的要求。     

基于Movidius神经计算棒的行人检测方法

Movidius神经计算棒是基于USB模式的深度学习推理工具和独立的人工智能加速器，为广泛的移动和嵌入式视觉设备提供专用深度神经网络加速功能。针对深度学习的嵌入式应用，实现了一种基于Movidius神经计算棒的近实时行人目标检测方法。首先，通过改进RefineDet目标检测网络结构使模型大小和计算适应嵌入式设备的要求；然后，在行人检测数据集上对模型进行重训练，并部署于搭载Movidius神经计算棒的树莓派上；最后，在实际环境中对模型进行测试，算法达到了平均每秒4帧的处理速度。实验结果表明，基于Movidius神经计算棒，在计算资源紧张的树莓派上可完成近实时的行人检测任务。     

嵌入式系统的低功耗调度算法研究

嵌入式系统的低功耗调度算法是嵌入式低功耗技术研究的重要研究方向,文中研究了一种任务间存在依赖关系的嵌入式系统的低功耗调度算法,建立了该低功耗调度算法的数学模型,由于模型的求解复杂性,结合嵌入式系统低功耗调度流程,通过一种比较简单的分步式思想,方便地求解了该低功耗调度算法的数学模型;建立了一个有6个任务的有依赖关系的任务集,通过该调度算法,对该任务集进行了调度,调度后的算法与调度前的算法对比降低的该任务集的能耗;最后用VC编程语言编程仿真验证了该低功耗调度算法的低功耗特性.     

面向AADL模型的存储资源约束可调度性分析

嵌入式实时系统在安全关键领域变得越来越重要,其广泛应用于航空航天.汽车电子等具有严格时间约束的实时系统中.随着嵌入式系统的复杂度越来越高,在系统开发的早期设计阶段就需要对其可调度性进行分析评估.系统中的存储资源会对可调度性产生一定影响,在抢占式实时嵌入式系统引入缓存后,任务的最坏执行时间可能发生变化.因此,分析缓存相关...