基于FPGA的硬件实时操作系统的设计与实现

发布时间：2017-12-10 09:14

  本文关键词：基于FPGA的硬件实时操作系统的设计与实现

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【摘要】：随着以云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术的发展,“互联网+”的概念已经深入人心。尤其是物联网的发展,更是渗透到社会进步的各个层面:从关系国防力量的航空航天军事,到普通百姓日常生活中的智能化家用电器,无不充斥着物联网的身影。物联网的发展正朝着微型化,智能化,高性能,高可靠性的方向发展。高效可靠的实时操作系统是物联网的发展的基础。普通的实时操作系统一般是由软件来实现,经过多年的发展,软件实时操作系统已经日益完善,并已经应用到社会的各个领域。但是,随着需求的不断提升,纯软件的实时操作系统的弊端也日益明显:(1)在处理大量并发性事件的时候,处理速度较慢,不能满足人们的需求。(2)软件程序编程算法的优化已经达到了一定的高度,短时间内突破当前算法大幅度提升实时操作系统效率的难度较大。(3)长时间运行的操作系统会出现死锁现象,导致系统崩溃。鉴于上述原因,再加上近年来不断崛起的可编程逻辑器件的发展,越来越多的研究者把目光转向了硬件实时操作系统。本文在对μC/OS-II实时操作系统进行深入研究的的基础上,对μC/OS-II系统中任务调度,互斥信号量,信号量,消息邮箱,消息队列,信号量集等功能进行抽象与分解,将其中比较耗时的操作用可编程逻辑器件FPGA来实现。在保证可移植性的基础上,通过软件内核和硬件电路相结合的方式保证系统正常运行,为打造一个硬件化程度更高的实时操作系统进行探索。通过对μC/OS-II实时操作系统软件内核的改写,将抽象出来的功能通过基于Verilog HDL语言编写的硬件逻辑电路来实现,并在台湾友晶公司的开发板DE2-70上运行了测试程序,这是今后进行硬件实时操作系统的研发的初步探索。
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP316.2

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本文编号：1273931