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一种新的实时系统内核调度算法研究设计

作　者: 薛安琪
导　师: 屈玉贵
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 嵌入式系统 内核调度 内存动态管理策略 网络协议 无线抄表系统 IPv6协议
分类号: TP316.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 137次
引　用: 3次
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内容摘要


随着网络技术的发展,嵌入式系统与网络通信结合的越来越紧密,嵌入式实时操作系统既要满足系统实时性的要求又要满足网络通信服务质量。在内核调度过程中既要快速响应系统的实时任务,又要兼容网络传输特性。在嵌入式操作系统的基础上引入网络协议栈成为了嵌入式系统发展的必然趋势。本文对内核调度算法进行深入的分析,对其中的UCOS-II(MicroC/OS-II)嵌入式实时操作系统进行深入研究,结合网络传输特性提出了新的内核调度策略。本文的主要内容如下:1)本文提出了一种内核调度算法新的调度算法结合任务优先级的调度算法与时间片的调度算法的优点,实现任务Id的自动管理,为用户提供了友好方便的接口函数。有效的弥补了原UCOS-II任务数量较少,同优先级不支持多个任务以及不支持优先级继承等缺陷。实验表明在网络传输环境中新的内核调度算法效率有明显的改善。2)对UCOS-II动态内存管理策略改进UCOS-II提供的动态内存管理策略过于简单,对内存的利用效率较低。本文对其内存动态管理策略进行改进,实现可变大小的动态内存管理策略,用户可以根据自己的需求申请任意大小的内存块,内存释放后自动合并,系统为用户提供了方便稳定的接口函数。3)在新的嵌入式内核的基础上开发无线抄表系统网络协议栈本文在无线抄表系统硬件基础上,完成新内核的移植、底层驱动程序的开发以及网络协议栈的开发。整个协议栈分为5层,与传统的TCP/IP协议相融合。协议栈实现兼容IPv6的网络协议,底层数据可靠收发、自动组网、动态路由等功能。本文在无线抄表系统软硬件平台基础上,进行无线抄表系统通信测试,并对测试结果进行分析。经过多次测试,系统具有良好的性能,完全满足国家的相关约定。采用新的内核,系统效率得到了很大的提高。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 嵌入式系统  9-10
  1.2 嵌入式系统构成  10-13
    1.2.1 嵌入式硬件简介  10-12
    1.2.2 嵌入式软件简介  12-13
  1.3 传感器网络简介  13-14
  1.4 课题研究工作及意义  14-15
第2章 嵌入式实时操作系统  15-25
  2.1 嵌入式实时操作系统  15-18
    2.1.1 任务状态转换  15-16
    2.1.2 调度算法  16-17
    2.1.3 内存管理  17-18
  2.2 UCOS-II 简介  18-23
    2.2.1 UCOS-II 体系结构  18-19
    2.2.2 UCOS-II 任务以及调度分析  19-22
    2.2.3 UCOS-II 内存管理机制  22-23
  2.3 本章小结  23-25
第3章 一种新的嵌入式系统内核  25-35
  3.1 问题提出  25-26
  3.2 内核调度算法改进  26-30
    3.2.1 内核相关数据结构的修改  26-27
    3.2.2 任务Id 的自动分配  27-29
    3.2.3 任务调度  29-30
  3.3 内存动态管理策略改进  30-33
  3.4 本章小结  33-35
第4章 基于 IPV6 无线抄表系统  35-62
  4.1 背景  35-36
  4.2 硬件模块介绍  36-40
    4.2.1 电源模块  37
    4.2.2 射频数据收发模块  37-38
    4.2.3 处理器模块  38-39
    4.2.4 串口通信模块  39-40
    4.2.5 存储器模块  40
    4.2.6 编程调试模块  40
  4.3 系统移植  40-45
    4.3.1 处理器相关代码修改  40-42
    4.3.2 应用程序相关代码修改  42
    4.3.3 内核代码修改  42
    4.3.4 硬件抽象层  42-45
  4.4 协议栈的开发  45-61
    4.4.1 协议层次图  46
    4.4.2 物理层  46-48
    4.4.3 数据链路层MAC  48-51
    4.4.4 网络层  51-57
    4.4.5 传输层  57-59
    4.4.6 应用层  59-60
    4.4.7 多基站节点加入过程  60-61
  4.5 本章小结  61-62
第5章 系统测试  62-68
  5.1 底层数据通信测试  62-63
  5.2 上层协议的功能测试  63-65
  5.3 内核比较  65-66
  5.4 本章小结  66-68
第6章 总结及展望  68-70
  6.1 本文的研究内容和成果  68
  6.2 进一步的工作  68-70
参考文献  70-72
攻读硕士学位期间的研究成果与科研项目  72-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 操作系统 > 实时操作系统
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