實(shí)時操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度算法的硬件實(shí)現(xiàn)

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1、哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文實(shí)時操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度算法的硬件實(shí)現(xiàn)摘要≮．實(shí)時操作系統(tǒng)在整個嵌入式系統(tǒng)中扮演著重要的角色，控制著整個系統(tǒng)‘．●j§的工作與運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)時操作系統(tǒng)一個性能的優(yōu)劣將對整個系統(tǒng)的所有性能產(chǎn)生≯直接的影響。已有的實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核是加在應(yīng)用程序中的軟件，它不僅增加了存儲空間的用量，而且增加了應(yīng)用程序的額外負(fù)荷。尤其在實(shí)時性較強(qiáng)的場合，在限定時間內(nèi)響應(yīng)處理任務(wù)已經(jīng)成為了對實(shí)時操作系統(tǒng)的一個基本要求。針對實(shí)時操作系統(tǒng)的開銷導(dǎo)致應(yīng)用程序可執(zhí)行性降低的問題，單純依靠改進(jìn)調(diào)度算法已不能使其實(shí)時性有顯著的

2、提高，所以提出將實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核硬化到FPGA平臺上的設(shè)計(jì)方案，作為獨(dú)立的硬件模塊與處理器并行執(zhí)行。建立由中斷控制器、輸入／輸出寄存器和實(shí)時任務(wù)管理模塊組成的硬件實(shí)時操作系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。其主要工作過程：通過數(shù)據(jù)總線把相應(yīng)的命令和參數(shù)發(fā)送到指定硬件邏輯單元的輸入寄存器中，硬件邏輯單元作出相應(yīng)的處理，并將處理結(jié)果送到相應(yīng)的輸出寄存器中，以供CPU進(jìn)行讀取。本文以嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)gC／OS．II為研究對象，修改ttC／OS．II中由軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)硬件邏輯電路的并行性特點(diǎn)，搭建各個功能模塊的硬件邏輯結(jié)構(gòu)，整

3、個設(shè)計(jì)采用VHDL硬件描述語言描述各個功能模塊，利用Xilinx公司的ISE8．2軟件環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試分析，完成功能仿真驗(yàn)證。本文主要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了任務(wù)管理模塊和信號量管理模塊的硬件邏輯電路。任務(wù)管理模塊中對}tC／OS．II的任務(wù)調(diào)度算法進(jìn)行改進(jìn)和硬化，在uC／OS．II內(nèi)核原有的基于優(yōu)先級搶占式調(diào)度算法的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展相同優(yōu)先級任務(wù)的調(diào)度算法，去除了原系統(tǒng)對每個任務(wù)必須有不同優(yōu)先級的要求，采用硬件邏輯實(shí)現(xiàn)實(shí)時操作系統(tǒng)中的任務(wù)管理模塊，使其實(shí)時性和確定性顯著提高，充分發(fā)揮了多任務(wù)潛在的并行性；分析并改進(jìn)肛c／o

4、s．II中對信號量的管理和應(yīng)用，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)信號量管理模塊的硬件邏輯電路，降低了頻繁查表和訪問內(nèi)存帶來的系統(tǒng)開銷。將實(shí)時操作系統(tǒng)的調(diào)度功能由原來的純軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橛布?shí)現(xiàn)，將極大的提高實(shí)時操作系統(tǒng)的實(shí)時性以及處理能力。關(guān)鍵詞實(shí)時操作系統(tǒng)；任務(wù)管理；硬件任務(wù)調(diào)度器；現(xiàn)場可編程門陣列l(wèi)!!{≯哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩上學(xué)位論文HardwareImplementationofRealTimeOperatingSystemTaskSchedulingAlgorithmAbstractReal-timeoperatingsy

5、stemplaysanimportantroleintheembeddedsystems，controlstheworkandopermionofthewholesystem．Themeritsofaperformanceofreal-timeoperatingsystemhaveadirectimpactonalltheperformanceofthesystem．Existingreal·timeoperatingsystemkernelisthesoftwarethatisaddedtoapplicat

6、ions．Itnotonlyincreasestheamountofstoragespace，butalsoincreasesapplicationsofadditionalload，especiallyinastrongreal-timeoccasion．Responsetoprocessingtaskswithinthetimelimithasbecomeabasicrequirementforreal—timeoperatingsystem．Overheadforreal—timeoperatingsy

7、stemcausetheapplicationtoreducetheenforceability．Onlyimprovingschedulingalgorithmscannotmakereal-timeincreasedsignificantly．Sothispaperproposedhardwarereal-timeopermingsystemFPGA—baseddesign．Real-timeoperatingsystemkernelishardenedtotheFPGAplatform．Asasepar

8、atehardwaremoduleexecuteinparallelwiththeprocessor．Establishedbytheinterruptcontroller,input／outputregistersandreal—timetaskmanagementmoduleoftheoverallstructureofthehardwarereal—timeoperatingsystem．Th