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嵌入式Linux操作系统实时性的研究与实现

作　者: 舒志文
导　师: 熊良山
学　校: 华中科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 嵌入式系统 实时 Linux 可抢占性 线程 自旋锁
分类号: TP316.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 221次
引　用: 3次
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内容摘要


随着信息技术与网络技术的高速发展,嵌入式系统越来越受到人们的重视,它被广泛地应用于科学研究、工程设计、军事技术、消费电子等方方面面。作为嵌入式计算机系统最重要的软件核心,嵌入式实时操作系统是该领域最重要的研究方向。嵌入式实时操作系统是嵌入式应用软件的开发基础和平台,为应用软件的开发人员提供了统一的用户接口,大大简化了应用软件的开发难度和代码工程化管理的难度。与传统的操作系统不同的是,嵌入式实时操作系统要求具有更好的实时性能,能对外部时间做出准确、实时的响应。Linux操作系统的源代码开放、内核模块化设计及内核的高度可裁减性使其在嵌入式实时操作系统研究领域备受重视。但其面向通用多任务分时系统的设计思想限制了Linux在实时运算中的应用,必须进行有效的实时改进与扩展,以符合嵌入式系统对操作系统实时性能的要求。本文首先介绍了嵌入式系统和嵌入式实时操作系统的概念、特点、发展历史等情况。接着分析了Linux操作系统与实时相关机制,以及Linux内核实时性不足的因素,在参考了其实时性相关研究的基础上,提出了改进其实时性能的两个措施:中断线程化和改进自旋锁机制。中断线程化为非紧急中断创建线程并赋予一定的实时优先级,使其可以参与内核调度;改进自旋锁机制可以减小内核中不可抢占的临界区域。最后在最新的标准Linux2.6内核上对改进的措施加以实现。经测试,改进后的内核具有更短的中断延迟和任务调度延迟,实时性能得到了很大的提高。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-12
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题研究的目的和意义  9-10
    1.2.1 课题研究的目的  9
    1.2.2 课题研究的意义  9-10
  1.3 论文工作  10
  1.4 论文组织  10-12
2 嵌入式实时操作系统  12-18
  2.1 嵌入式系统概念  12-13
  2.2 嵌入式操作系统  13-15
  2.3 实时操作系统  15-18
    2.3.1 实时系统的定义  15-16
    2.3.2 实时系统的分类  16
    2.3.3 实时操作系统的主要性能指标  16-18
3 嵌入式Linux 操作系统及其实时化  18-22
  3.1 嵌入式Linux  18-19
  3.2 Linux 实时化改造的几种典型技术  19-22
    3.2.1 RT-Linux 和RTAI  19-20
    3.2.2 RED-Linux  20
    3.2.3 Hard-hat Linux  20-22
4 Linux 实时性能分析及实时化方案  22-27
  4.1 Linux 中与实时性能相关机制分析  22-25
    4.1.1 Linux 内核可抢占问题  22
    4.1.2 Linux 调度时机  22-23
    4.1.3 Linux 调度策略  23-24
    4.1.4 Linux 的中断处理  24-25
    4.1.5 Linux 中的定时器  25
  4.2 Linux 内核的实时化方案  25-27
    4.2.1 中断线程化  25-26
    4.2.2 自旋锁改互斥锁  26-27
5 实时内核的实现  27-46
  5.1 Linux 中断处理系统  27-31
    5.1.1 中断  27
    5.1.2 中断处理程序  27-31
  5.2 实时内核中断线程化  31-36
    5.2.1 中断线程化原理  31-32
    5.2.2 中断线程化相关数据结构设计  32-33
    5.2.3 中断线程的初始化  33-35
    5.2.4 实时中断的处理  35-36
  5.3 Linux 中的内核同步  36-38
    5.3.1 内核同步概述  36-37
    5.3.2 Linux 内核同步方法  37-38
  5.4 实时内核的同步机制  38-46
    5.4.1 自旋锁临界区内核的不可抢占性  38
    5.4.2 实时同步实现原理  38-39
    5.4.3 实时内核同步相关数据结构分析  39-41
    5.4.4 实时内核同步操作  41-45
    5.4.5 优先级反转和死锁检测  45-46
6 实时内核性能的测试  46-50
  6.1 测试环境  46-47
  6.2 测试方法与结果  47-50
    6.2.1 中断延迟的测试  47-48
    6.2.2 上下文切换时间及调度延迟测试  48-50
7 工作总结与展望  50-52
  7.1 论文工作总结  50
  7.2 展望  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-56
附录1 攻读学位期间发表学术论文目录  56

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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 > 网络操作系统 > UNIX操作系统
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