嵌入式实时操作系统微内核任务调度算法的研究

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随着嵌入式系统的发展,嵌入式系统已经广泛的应用到科学研究、工业控制、军事技术以及人们的日常生活等各个方面。尤其在实时领域,基于实时的嵌入式操作系统也得到了更多的应用。正是由于实时操作系统在嵌入式系统中的地位日益提升,对实时操作系统的研究已成为嵌入式系统研究中的重要部分。调度算法是嵌入式实时操作系统的核心所在,因此对嵌入式实时操作系统调度算法进行研究和分析,以提高实时性有着重要的意义。若要确保各个实时任务能够及时调度并安全完成,就必须对任务集在处理器上进行合理的调度,如何对实时任务进行调度同时又保障实时系统时限性和高可靠性,是实时操作系统研究的一个关键问题。不同类型的实时系统对资源要求以及对时间约束的形式不同,因此其调度算法就不同,如当任务是周期性的,其周期就很重要,当任务是非周期性的,则截至期就很重要,调度算法是系统能否实时响应的关键。   本文首先介绍了研究背景、意义以及国内外研究概况。然后给出了嵌入式操作系统和嵌入式实时操作系统的定义,介绍了嵌入式实时操作系统发展趋势。并介绍了微内核的相关概念、技术特点和体系结构和常见嵌入式实时操作系统微内核,其中包括Vxworks,μC/OS-Ⅱ,μClinux等。基于以上基础,研究了微内核的实时调度算法,并对其调度算法做了分类和总结。最后分析比较了静态实时调度和动态实时调度其中的不足之处。基于以上研究后,提出问题。对任务集建模,详细叙述了新的优先级的分配方案,此方案通过衡量任务价值和任务时限来决定任务优先级的高低。讨论了实时调度器和中断管理机制,叙述了新的微内核任务调度算法,算法的设计原则是任务的时限越小且价值越大,则任务的优先级越高;对于时限与价值完全相同的任务,先到达者具有更高的优先级。并给出了新的微内核任务调度算法的流程图。然后对微内核μC/OS-Ⅱ的调度算法做了详细的分析和研究,包括任务控制块,任务就绪表和任务调度器。分析和总结了μC/OS-Ⅱ实时内核优缺点,通过实现时间片轮转算法在内核部分的扩展,优先级继承算法,扩充任务数,改进调度算法,使得构建的实时内核更可靠及具有更强的适用性。最后以μC/OS-Ⅱ作为原型,实现新的微内核任务调度算法,通过性能测试实验证明对于任务周期长的任务集,性能得到明显提升,对于任务周期短的任务集,性能也得到小幅提升,新的微内核的实时性得到了提高。
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