基于ARM和RTAI的嵌入式实时平台的设计与实现

发布时间：2017-10-26 13:27

  本文关键词：基于ARM和RTAI的嵌入式实时平台的设计与实现

  更多相关文章： 嵌入式数控系统 实时操作系统 RTAI ARM处理器 实时性能

【摘要】：开放式数控系统是下一代数控系统的主要发展方向，嵌入式数控系统的出现为开放式数控系统的研究带来了一种新的解决方案。目前嵌入式数控系统还处于研究阶段，大多数采用“嵌入式微处理器+运动控制器”的多核结构，比如：德国ECKELMANN公司的E.ENC55是基于ARM和DSP的，广州数控的GSK980TD系列车床CNC是基于ARM和FPGA的。基于异构多核结构的数控系统利用运动控制器专处理实时任务，系统具有很强的实时性能，但是系统开发难度大，而且在多核处理器之间存在数据共享和同步等通信问题。 课题以国家科技重大专项为背景，提出一种基于ARM微处理器的单核嵌入式数控系统底层平台研究方案，并采用RTAI实时扩展保证系统的实时性能，实现基于ARM和RTAI的嵌入式实时平台。系统选用外设资源丰富的S3C2440作为硬件平台，选择内核精简且移植性好的Linux作为基础软件平台。 论文的主要研究工作：搭建嵌入式系统交叉编译开发环境，构建一个基于S3C2440的嵌入式Linux系统；采用基于ADEOS的RTAI实时内核改造Linux的实时性能，详细分析ADEOS的中断管道机制以解决ADEOS在S3C2440硬件平台下的网络问题，深入研究RTAI的实现机制和关键技术以实现RTAI在S3C2440上的移植，以及测试RTAI的实时性能以验证它能否满足系统硬实时的要求；由于并不存在一种基于ARM平台的实时性能通用测试程序，最后设计并实现了一种基于S3C2440的Linux系统实时性能测试方法，并利用该方法分别对标准Linux和RTAI/Linux，RTAI/Linux和Xenomai/Linux进行了对比测试。 课题的研究工作不仅对研究经济型开放式数控系统的关键技术有借鉴意义，，而且对RTAI在ARM处理器上的应用具有指导意义。
【关键词】：嵌入式数控系统 实时操作系统 RTAI ARM处理器 实时性能
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP368.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 引言9-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 嵌入式系统概述11-13
• 1.1.1 嵌入式处理器11-12
• 1.1.2 嵌入式操作系统12-13
• 1.2 嵌入式数控系统概况13-14
• 1.3 课题背景及意义14-15
• 1.4 本文的研究内容和组织结构15-17
• 第二章 嵌入式实时操作系统及 Linux 实时化分析17-24
• 2.1 实时系统概述17
• 2.2 嵌入式实时操作系统17-20
• 2.2.1 实时操作系统的分类18-19
• 2.2.2 嵌入式实时操作系统的特点19-20
• 2.2.3 嵌入式实时操作系统的性能指标20
• 2.3 Linux 实时化技术分析20-23
• 2.3.1 Linux 的实时性限制21-22
• 2.3.2 Linux 的实时性改造22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 基于 S3C2440 的嵌入式 Linux 系统的构建24-36
• 3.1 嵌入式开发环境的搭建24-28
• 3.1.1 硬件平台的确定24-25
• 3.1.2 软件开发平台的搭建25-28
• 3.2 嵌入式 Linux 系统软件的构建28-34
• 3.2.1 bootloader 的配置29-32
• 3.2.2 Linux 内核的构建32-34
• 3.3 根文件系统的制作34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 RTAI 实时平台的设计与实现36-55
• 4.1 RTAI/Linux 的系统结构36-38
• 4.2 ADEOS 的运行机制38-41
• 4.2.1 域管理机制38-39
• 4.2.2 中断管道机制39-41
• 4.3 ADEOS 的实现41-45
• 4.3.1 基于 ARM 的 ADEOS 补丁41-42
• 4.3.2 ADEOS 网络问题的解决42-45
• 4.4 RTAI 的功能模块45
• 4.5 RTAI 的关键技术45-48
• 4.5.1 中断虚拟器45-46
• 4.5.2 细粒度时钟46-48
• 4.6 RTAI 在 S3C2440 硬件平台的实现48-54
• 4.6.1 在 S3C2440 上实现中断虚拟器48-50
• 4.6.2 在 S3C2440 上实现细粒度时钟50-53
• 4.6.3 RTAI 的实时性能验证53-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第五章 基于 ARM 和 RTAI 的实时平台的实时性能测试55-63
• 5.1 任务响应延迟的时间指标55-57
• 5.2 实时性能测试程序的设计与实现57-60
• 5.2.1 实时性能测试方法的设计原理57-58
• 5.2.2 内核空间驱动模块的实现58-59
• 5.2.3 用户空间测试程序的实现59-60
• 5.3 实时性能测试及结果分析60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结束语63-65
• 参考文献65-68
• 发表文章68-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王琼;;嵌入式Linux系统的实时性改造[J];电脑知识与技术;2010年22期

2 张玢;孟开元;田泽;;嵌入式系统定义探讨[J];单片机与嵌入式系统应用;2011年01期

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本文编号：1098844