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SPACE操作系统的嵌入式研究

作　者: 王猛
导　师: 刘金刚
学　校: 首都师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: Space操作系统中断进程进程间通信系统调用
分类号: TP316
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前,计算机硬件飞速发展,应用软件爆发式涌现,互联网广泛普及,计算机已经遍及世界的各个角落,嵌入式系统作为操作系统的重要分支力量,出现在我们能触及的各个领域。在以x86为代表的CISC处理器嵌入式市场中,和x86处理器嵌入式操作系统相关的关键技术掌握在少数几家外国公司手中,国内在这方面的研究也寥寥无几,并且主要集中在以工业控制和嵌入式低端处理器系统的市场中,全兼容高性能x86处理器的嵌入式系统非常稀少。同时在嵌入式领域里,具有微内核结构的嵌入式系统更是少之又少,我们所熟知的uClinux, uCOS/Ⅱ, Android, Embedded Linux, WinCE等均采用的是宏内核结构,微内核结构的嵌入式系统仅有商业化的QNX公司的QNX系统和风河公司的VxWorks系统。为了进一步分析微内核结构的代码体系,还研究了开源的Minix的微内核设计,并分析说明微内核与宏内核的结构差别,以此确定SPACE嵌入式系统进程间通信的方式。本文将通过分析嵌入式操作系统的应用领域及发展情况,研究操作系统基本原理,在宏内核与微内核对比的基础之上,确定本课题需要实现的系统结构框架,为SPACE系列的操作系统实现一个具有微内核结构的嵌入式系统,推动SPACE操作系统的发展。本课题选择以x86体系结构为平台,研究的内容包括系统引导、实模式向保护模式的跳转、中断管理、进程管理和IPC(进程间通信)以及输入输出系统。本文将重点分析如何实现中断管理和进程间通信等重要模块,并实现两个应用以此来阐述本课题的研究目的与成果。最后,对本文的工作进行了回顾总结并且对后续的研究前景进行了展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
图目录  8-9
表目录  9-10
第一章绪论  10-17
  1.1 开展本课题研究的目的和意义  10
  1.2 国内外研究和发展现状  10-15
    1.2.1 嵌入式系统的应用领域  11
    1.2.2 嵌入式处理器  11-12
      1.2.2.1 嵌入式微处理器  11-12
      1.2.2.2 嵌入式微控制器  12
      1.2.2.3 嵌入式DSP处理器  12
      1.2.2.4 嵌入式片上系统  12
    1.2.3 嵌入式操作系统  12-15
  1.3 课题目标和主要研究内容  15-16
    1.3.1 课题研究的总体目标  15-16
    1.3.2 研究的主要内容  16
  1.4 本论文后续章节安排  16-17
第二章系统初始化与中断的研究  17-28
  2.1 虚拟运行环境—Bochs  17-19
  2.2 初始化系统  19-23
    2.2.1 BOIS进入引导区  20-21
    2.2.2 实模式跳向保护模式  21-22
    2.2.3 特权级概述  22-23
  2.3 内存的管理  23-25
  2.4 中断的处理  25-28
第三章进程管理和进程间通信的研究  28-40
  3.1 进程的管理  28-33
    3.1.1 进程创建  28-30
    3.1.2 进程的状态  30-32
    3.1.3 系统调用  32-33
  3.2 微内核  33-35
  3.3 进程间通信机制的设计与实现  35-40
    3.3.1 宏内核IPC的一般实现方式  35-36
    3.3.2 微内核系统IPC的实现方式  36-40
第四章输入输出系统  40-50
  4.1 键盘功能的实现  41-45
    4.1.1 键盘相关芯片  41-42
    4.1.2 键盘扫描码  42
    4.1.3 键盘扫描码集  42-44
    4.1.4 Intel8042键盘控制器  44-45
  4.2 显示器驱动的实现  45-47
  4.3 printf的实现  47-50
第五章总结  50-55
  5.1 本文总结  50-54
  5.2 进一步的研究工作  54-55
参考文献  55-57
致谢  57-58
作者简历  58

SPACE操作系统的嵌入式研究

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