支持对称多核处理器的嵌入式实时操作系统研究与实现

发布时间：2017-06-20 15:17

  本文关键词：支持对称多核处理器的嵌入式实时操作系统研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国航天事业的不断发展,航天工程对弹载计算机的计算能力要求越来越高,使用多核处理器是未来的趋势。但多核处理器性能优势的发挥有赖于操作系统的支持,因此弹载嵌入式实时操作系统必须要支持多核处理器。针对对称多处理多核架构,研究如何将单核嵌入式实时操作系统扩展成为支持对称多处理的多核操作系统。在剖析了自主研发的MARS单核操作系统内核架构基础上,针对对称多处理架构特点,提出了支持对称多处理的多核操作系统的设计方案,实现了支持对称多处理的多核操作系统。在系统完整性方面,设计了多核同步与互斥机制,保证了多核系统正确地并行运行。在多核任务调度方面,提出了基于全局队列的优先级抢占调度算法,保证了系统的可预测性和实时性,实现了系统负载均衡。在中断管理方面,实现了核间中断接口,用于多核之间的有效通信,设计了“最低优先级模式”中断动态分配算法,实现了外部中断请求的均匀分配和中断负载均衡,提高系统实时性。在多核系统降级运行方面,设计了多核系统降级方案,使得当某个核故障时,其他核可以继续正常工作,保证了系统的可用性。最后,在S698PM(4核SPARC So C)开发板上,测试验证了多核操作系统的功能和性能。
【关键词】：对称多处理 多核操作系统 多核同步与互斥 多核任务调度 中断动态分配
【学位授予单位】：中国航天科技集团公司第一研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP332;TP316.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 研究内容13-15
• 2 对称多处理技术15-36
• 2.1 对称多处理架构15-17
• 2.2 对称多处理与非对称多处理架构比较17-18
• 2.3 支持多核处理器的操作系统关键技术18-29
• 2.3.1 体系结构18-22
• 2.3.2 系统引导和初始化22-23
• 2.3.3 多核同步与互斥技术23-26
• 2.3.4 多核任务调度26-27
• 2.3.5 中断系统27-29
• 2.4 Linux SMP实现原理29-35
• 2.4.1 系统初始化29-31
• 2.4.2 多核同步互斥机制31-33
• 2.4.3 任务调度机制33-34
• 2.4.4 中断处理机制34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 MARS OS内核分析36-43
• 3.1 MARS OS内核结构36
• 3.2 MARS OS任务同步与互斥36-38
• 3.2.1 互斥机制36-37
• 3.2.2 任务间通信37-38
• 3.3 MARS OS任务调度38-41
• 3.3.1 调度算法38-39
• 3.3.2 任务调度39-41
• 3.4 MARS OS中断管理41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 MARS OS在SPARC处理器上的移植43-49
• 4.1 SPARC体系结构43-45
• 4.1.1 寄存器窗口43-44
• 4.1.2 控制/状态寄存器44-45
• 4.1.3 窗口上溢、下溢45
• 4.2 SPARC移植实现45-48
• 4.2.1 临界区互斥45
• 4.2.2 任务堆栈帧设计45-46
• 4.2.3 任务切换实现46-47
• 4.2.4 中断处理47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 5 支持SMP的嵌入式操作系统设计与实现49-79
• 5.1 系统整体方案设计49-50
• 5.2 系统启动与初始化50-52
• 5.3 系统完整性52-64
• 5.3.1 内存屏障52-57
• 5.3.2 自旋锁57-63
• 5.3.3 原子操作63-64
• 5.4 多核任务调度64-71
• 5.4.1 基于原单核调度机制的扩展65-68
• 5.4.2 改进的全局优先级任务调度机制68-71
• 5.5 中断管理71-76
• 5.5.1 核间中断71-73
• 5.5.2 中断分配73-76
• 5.6 系统降级运行76-78
• 5.6.1 CPU故障检测机制76-77
• 5.6.2 降级处理77-78
• 5.7 外部编程模型78
• 5.8 本章小结78-79
• 6 测试验证79-87
• 6.1 验证环境79-80
• 6.2 系统启动与初始化测试80-81
• 6.3 同步互斥机制测试81-82
• 6.4 任务调度测试82-83
• 6.5 任务间通信测试83-84
• 6.6 系统降级运行测试84-85
• 6.7 性能测试85-86
• 6.8 系统吞吐量测试86
• 6.9 本章小结86-87
• 7 总结87-89
• 参考文献89-93
• 作者在学期间取得的学术成果93-94
• 致谢94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：466064