随着嵌入式系统网络化、智能化应用的不断扩展，传统软件实时操作系统作为支撑软件已无法满足需求。基于硬件化、软硬件协同等手段，在FPGA、SOC等器件上实现硬件实时操作系统已成为研究热点之一。然而现有的硬件实时操作系统仍存在功能欠完备、可配置/可裁剪能力不足、系统性能尚待优化等局限性，在不同程度上限制了硬件实时操作系统的发展及应用。　　本文采用软硬件协同设计手段，从优化硬件实时操作系统内核设计技术入手，开展总体架构、功能及性能优化方法研究。完成的主要研究工作如下:　　1)提出可伸缩性硬件内核设计方案，设计了基于硬件互连总线、命令通信协议和标准功能列表的构件化内核结构，在构件中使用构件命令状态机和可配置数据存储器，可实现结构、功能、资源三个维度的可伸缩性。　　2)提出软硬件通信瓶颈优化方法，通过添加系统调用缓冲区和加速通信流程来优化系统调用和任务中断处理的软硬件通信，从而缓解软硬件通信延迟问题，更好地发挥硬件内核的优势。　　3)基于上述技术，研制了一个硬件实时操作系统内核原型HardOS，进行了功能对比、可伸缩性和性能测试，结果验证了本文提出技术的有效性。