随着嵌入式系统的普及应用,选用实时操作系统(RTOS)作为其基础软件平台已成为必然选择。然而,由于嵌入式系统的强实时约束,导致RTOS无法对资源竞争等高复杂度的操作提供全面的安全防护。随着嵌入式系统的网络化、并行化、智能化发展趋势日益显著,由应用系统自行保障可靠性的传统方式将捉襟见肘。采用软硬件协同手段,对RTOS功能模块进行硬化处理及功能重构,是一种兼顾系统实时性及可靠性的有效手段,因而成为当前RTOS研究的热点之一。本文在分析现有RTOS中互斥锁功能模块安全防护缺陷基础上,以现场可编程门阵列(FPGA)为硬件平台,对互斥锁的硬件化处理若干关键技术开展研究,设计并实现了一套基于FPGA的原型系统HM-RTOS,以提高RTOS在复杂应用场景中资源竞争处理的可靠性。本文的主要研究工作如下：1)在对VxWorks5.4、Rtems4.10.0、μC/OS-Ⅱ2.86、μC/OS-Ⅲ、ThreadX3.0、 RT-Thread0.3.0多个RTOS进行实验分析的基础上,针对现有优先级继承协议实现方法的缺陷,提出了基于链式优先级继承和回落优先级的改进方案。2)以提高互斥锁功能模块可靠性为入手点,对互斥锁硬件化处理中的若干关键技术开展研究,包括：优先级继承树模型、软硬件互连形态、互斥锁硬件结构设计。3)基于FPGA设计并实现了一个包含MutexMU互斥锁硬件单元的原型系统HM-RTOS,通过功能及性能测试验证了其有效性。