嵌入式操作系统微内核体系结构的研究与设计

更新时间：2020-02-24 15:35:31 大小：7M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：嵌入式操作系统单片机 下载积分：3分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

嵌入式操作系统是嵌入式系统的基础软件平台,它必须具有实时性好、稳定性高、可移植性强并且针对具体的应用具有可裁剪、可配置的特点。随着嵌入式技术的飞速发展,早期基于宏内核体系结构设计的嵌入式操作系统逐渐显示出了其在各方面特性的缺陷。本文研究并设计了一个具有高性能的嵌入操作系统微内核体系结构模型,并以此模型实现了一个嵌入式实时微内核操作系统——MKOS。

本文在研究现有的操作系统体系结构特点的基础上,分析了各种操作系统体系结构的优缺点及其设计的关键问题,并结合当前嵌入式实时操作系统应用特点,提出了一个相比同类嵌入式实时操作系统具有更高性能的设计方案:基于低层次抽象的微内核构架(其具有实时性好、性能优、可裁性强等特点)；并且系统的应用接口实现严格遵循POSIX标准,便于应用程序的移植与开发。

在微内核体系结构的设计过程中:首先,深入分析微内核的结构框架和底层硬件的抽象层。对第一代微内核、第二代微内核及外核结构进行对比分析,结合当前嵌入式系统的应用需求特点设计了一种更为合理的嵌入式微内核体系框架:基于标准的第二代微内核操作系统的实现模式,并且参照了外核结构的良好扩展性的低级硬件抽象模型设计体系结构中的硬件抽象层。然后,分析影响微内核的性能的因素,以此为依据设计了微内核中的核心抽象模块。最后,着重对影响微内核性能的进程间通信和地址空间切换进行优化设计,设计出一种基于地址映射的IPC模型来提高进程间通信的速度；同时为了减少地址空间切换过程的系统开销,设计了一种具有双堆栈的进程／线程模型,能很大程度地减少地址空间切换的系统开销,从而提高嵌入式微内核操作系统的性能。

在嵌入式微内核体系结构的实现过程中,本文在μC／OS-Ⅱ开源操作系统原型上,依据本文设计的微体统结构模型原理对μC／OS-Ⅱ中的核心模块进行修改,实现了MKOS嵌入式实时微内核操作系统。

为了验证微内核体系结构的运行性能,将MKOS嵌入式实时微内核操作系统在AT89C52(8位)的单片机平台和LPC2124(32位)ARM7嵌入式平台上对系统的可移植性及运行效率性能进行了测试验证,结果证明本文设计的微内核体系结构具有良好的性能,更加符合当前嵌入式系统的应用需求。