本文设计了一种基于FPGA的软硬件混合结构操作系统，主要用于解决单核处理器中多任务并行处理局限性问题。在本论文中，首先通过介绍操作系统的应用现状阐明软硬件混合式操作系统设计与实现的意义，然后根据FPGA的应用特点确定混合式操作系统的主体功能，并借鉴μC/OS-II结构对混合式操作系统的系统架构进行设计。之后对混合式操作系统的设计进行详细说明，操作系统主要包括运行在Nios II处理器上的软件部分以及通过FPGA硬件逻辑单元实现的硬件部分，软件部分与硬件部分间的信息交互通过Avalon总线实现。操作系统的硬件部分包括硬核任务模块、硬核消息模块以及内核加速模块三个部分，而操作系统软件部分包括硬核控制层、操作系统内核以及应用程序库三个部分。最后在论文的系统测试环节将混合式操作系统与μC/OS-II进行性能、资源占用等方面的对比，在该测试中虽然混合式操作系统相较μC/OS-II多占用约1500个FPGA逻辑单元，但获得了真正的多任务并行处理能力以及200倍以上的消息传递性能提升。在软硬件混合式操作系统中，硬件部分定义了统一的模块设计框架，便于操作系统的维护和移植，也减小操作系统使用者的程序开发难度；软件部分定义了代码的层次化结构，既能对操作系统硬件部分进行有序控制，又能避免操作系统内核代码被无意修改。硬件部分用来实现多任务并行处理以及任务间高速消息传递，软件部分用于兼容传统操作系统功能并协调硬件部分工作。操作系统的这种软硬件混合式设计结构，不但提升了操作系统的多任务并行处理能力，还保证了应用程序设计的灵活性。