基于PXA255处理器的嵌入式操作系统实时性能的研究

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嵌入式系统的一般定义为:以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。在需要严格时间反应的一些高效率嵌入式应用中,实时效率常是最重要的要求和课题。实时系统由满足系统要求的所有元素:硬件、实时操作系统与应用程序组成。实时操作系统必须提供足够的功能以确保整个实时系统达到实时要求。OS的行为必须是可预测的,这意味实时系统的开发者必须对系统中断级别,系统调用和分时了如指掌,每次系统调用时间必须可以预测,并且独立于系统的对象数目。自微软推出Windows CE嵌入式操作系统以来,针对Windows CE实时性问题,都是业界讨论的一个重点话题。   本文分析嵌入式系统的特点和应用领域,ARM和Xscale体系结构的特点,并在此基础上深入研究Intel公司的嵌入式处理器PXA255的主要特点和功能,自行开发实现了基于Intel PXA255处理器的嵌入式开发硬件平台。通过研究Microsoft公司的Windows CE.net操作系统的特性以及其移植方法,深入地分析和研究了如何在一个新的硬件平台上移植实时操作系统Windows CE.net的详细步骤,并且在自行开发的硬件平台上成功地移植了Windows CE.net操作系统:解决了如何在硬件平台上开发Bootloader,OAL以及设备驱动程序等难题。分析Windows CE.net操作系统的中断管理机制、任务调度算法及中断处理程序对线程的可调度判定。设计并实现了一套控制测量、收集结果的工具软硬件平台,可以方便得到系统的中断延迟时间与系统调用时间,而且不同类型的结果都可以方便地分类保存。最后在开发的硬件平台上运用外部测试和内部实时时钟测试两种方法,测试Windows CE.net的实时性能重要指标-中断延迟时间、系统调度时间,详细分析各指标测试结果,为嵌入式开发提供理论及实验性指导。实验结果表明:实时性能与MPU频率成正比关系,与系统负荷成反比关系,并且在恶劣的情况下,WinCE4.2和5.0均能满足实时系统的要求。
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