嵌入式系统的实时虚拟资源架构的设计

发布时间：2020-05-25 07:22

【摘要】：嵌入式系统使用已越来越普遍和复杂。在我们生活中所用到的很多电器及其他设备,小到微波烤箱,大至波音飞机,几乎都含有一个或多个嵌入式系统。同时,越来越多的嵌入式系统都相互关联,在它们的主机上如现代飞机上的空气信息管理系统,执行复杂的功能。然而,由于实时和容错原因,嵌入式系统通常只在专用硬件上执行。这种局限性带来了至少三个严重问题：第一,硬件平台的所有子系统都是单独占用资源,造成资源的浪费；第二,使系统集成变得更困难,因为单独开发的测试系统不能保证联合运行；第三,缺乏更高级别的系统控制功能,本来概念上不可分割的功能在硬件水平上被分离开来了。这些问题不仅造成经济损失,同时由于不合理资源冗余和集成失败所引起的系统故障,也给人类生命带来危害,由上述三个原因引发的大量致命事故也证明了这点。理想的解决方案应实现完整的分离,这样使：(1)每个任务组可被执行,就像它拥有自己专有资源的访问权一样；(2)资源调度和任务调度有最小交互；(3)在硬件出现故障时,任务组能很简单的移往其他资源。为此,在本论文中介绍了实时虚拟资源(RTVR)的概念。实时虚拟资源的使用率是共享实体资源使用率的很小的一部分。并且随着时间而不同,它是弹性的。相同任务组内的任务被一个任务级的调度程序调度。本文同时分析了资源和任务的调度问题。本文特别研究了整数域中的实时虚拟资源。在规则资源分区下发现,静态优先级和动态优先级的调度方式的使用率界限保持不变。进一步扩展实时虚拟资源在多个方向的适用性。首先,研究了一个实时虚拟资源模型,并将资源分割扩大到多层次。通过这种模式,每个层次的资源分割调度起来就像拥有专用资源的访问权。相邻分隔资源的冲突降至最低。其次,研究了RTVR中的资源锁定问题,并构想了资源服务器方案。同时也设想了一种基于服务器方案的分区联合优化方案,它在实质上能够减少资源锁定一起的阻塞时间。这些结果为在小型多处理机或处理机群系统上实施RTVR提供了基础。基于以上的理论框架,在Linux 2.4内核上运行实时虚拟资源。第一个RTVR实现使用一个静态的资源调度,可以应用在带预定义的应用任务集的系统上。第二个实现采用新颖的动态资源调度,在该调度下,各个任务组之间可以动态联合和分离。最后通过实验证明,实时虚拟资源在满足其理论属性时可以高效运行。
【图文】：

虚拟资源,任务组

在整数值域中，并具有鲜明有趣的性质。2.1概要一个虚拟资源架构概览如图2一1。在图的上方，一个物理资源分成多个虚拟资源;然后，每一个虚拟资源可以是递归分割成多个低级的虚拟资源。最后，每一个虚拟资源与一个由一个或多个任务组成的任务组相关联，其中，资源和分区之间的对应关系是1对n，分区和任务组间的映射为1对1，任务组和任务之间的映射为1对n。这个结构中会发现有两个调度问题:一个是在任务组中的任务调度，另一个是关于一个物理资源的虚拟资源的调度。物物理资源源实实时虚拟资源源源实时虚拟资资资实时虚拟资资 RRRTVROOOOO源源源源源 RRRRRRRTVRIIIIIRTVRNNN任任务组 00000任务组 NNN任任务务务任务务务任务务务任务务务任务务务任务Nlll图2一1实时虚拟资源结构概览2.2静态资源分区模型直观上

时间图,利用率,周期性,多时段

相应的分区可这样表示:n一({(0，川工p)。例2.In行({(l滩(#，矶6)是一个资源分区，其中周期为6，，每个周期的可用资源时间间隔为1至2和4至6。如图2一1所示。111.馨蘸黔黔黔矍矍 456789时间图2一“n，分区的时间图定义2.2当分区中的刃=1时，该分区被称为单时段周期性分区(STSPP)。一个分区在另一方面又叫做多时段周期性分区(MTSPP)。定义2.3:资源分区n的利用率如下表示:。(fl)一(丑l(:一:))/r(2一l)例2·l中fl，的利用率为:a(fl，)一((2一‘)+(6一4))/6一o·5。定义2.4:分区fl的供给函数S(t)是在分区内从o到‘的可用时间的总和。从定义可以轻松得到S(‘)的一些性质:
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP368.1

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