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随着科技的飞速发展,嵌入式系统被越来越多的行业所青睐。同时实时操作系统(Real Time Operation System,RTOS)(以下简称RTOS)由于其任务执行的实时性,也在很多行业中得到了很广泛的运用。在航天航空、汽车控制、医疗等对实时性具有严格要求的行业,RTOS必须在规定的时间内正确地执行完各项任务。而以往的嵌入式RTOS都是基于软件实现的,从其出现到如今,无论在算法实现及CPU运行速率方面的研究都趋于成熟,但在对实时性要求越来越高的今天,对于软件实现的RTOS,很难再通过优化算法和提高CPU运行速率来使得操作系统实时性能得到很大提高。基于软件实现的RTOS内核本身的运行会占用CPU,从而降低应用程序的执行速率,并且软件实现中代码的顺序执行也会浪费很多时间。本文针对RTOS的开销及软件代码顺序执行所带来的应用程序运行速率降低的问题,提出了基于FPGA的硬件实时操作系统HRTOS(Hard Real Time Operation System,HRTOS)(以下简称HRTOS)的设计方案,以开源免费的μC/OS-II系统为研究对象,将RTOS分为硬核和软核两部分实现。硬核实现任务管理器、定时器、中断控制器等功能,可与CPU并行运行。软核保留和应用程序的接口,通过将μC/OS-II移植到Nios II系统中,改写μC/OS-II系统的代码,通过将硬核作为Nios II系统的PIO外设实现软硬核之间的通信功能,先对硬核实现部分进行仿真,再进行系统级验证。本文主要设计实现的任务管理器和定时器的功能,并给出了硬件仿真波形图,同时也设计了基于Nios II系统的验证方案。测试结果表明,本文的设计实现符合理论要求,具有十分重要的现实意义。