面向有限资源的物联网终端操作系统设计与实现

发布时间：2020-11-22 04:55

　　 近年来,随着物联网技术的不断进步,我国的物联网产业得到了长足的发展与普及。各种各样的物联网终端被应用在越来越多的领域中,如工业、环保、日常生活等,发挥着越来越重要的作用。物联网终端操作系统作为物联网终端的核心,起着调度终端资源、管理终端能量、提升终端稳定性等作用。目前市面上投入使用的物联网终端操作系统大多存在片上资源受限、稳定性缺乏保障、终端能耗较高等问题。本文针对物联网终端操作系统存在的问题,设计了面向有限资源的物联网终端操作系统,并对操作系统部分重要模块的实现进行了描述。本文主要工作如下:1、资源有限性方面,通过对操作系统资源管理机制中任务调度算法的改进来应对资源有限性问题,任务调度是操作系统管理资源的重要举措。本文结合事件驱动调度模型与多线程调度模型的优点设计了混合调度模型,通过对调度器中调度算法的改进,优化了系统的资源利用情况,提高了系统应对任务时的灵活性。同时本文还对改进后的算法进行了可行性分析,并依据混合调度模型实现了操作系统的任务调度模块。2、稳定性方面,由于本文在应对实时性任务时采用的任务调度算法为基于优先级的算法,可能会出现任务的优先级反转问题,因此本文在系统稳定性改进方面向系统加入任务优先级问题处理策略,该策略参考优先级继承协议,可在一定程度上抑制优先级反转问题的发生。同样的,本文也依据此策略在操作系统中实现了相关模块,同时测试了策略的有效性。3、能耗性方面,本文通过对系统的工作模式、无线通信模块以及对物联网终端接口的改进,使整个物联网终端的能耗降低,在能耗性测试中体现出了低功耗性。最后,本文对整个系统进行了详细的测试,根据具体的应用场景搭建了测试环境,并保证了硬件平台的性能要求,最终测试结果满足预期,操作系统能够在有限的资源条件下灵活的调度任务,并能抑制优先级反转问题,能耗较低。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5;TP391.44;TP316
【部分图文】：

T 分别是系统中任务的执行时间和执行周期，U 为系统的资源利用率。由式(3.1)可以得出随着处理任务的不断增多，RMS 算法的资源利用率变化图如图 3.3 所示。图 3.3 RMS 算法的资源利用率变化图从图 3.3 中可以看出， 随着n的增大而逐渐减小，当n 时，极限值是 Ln2或 0. 693。也就是随着任务数量的增多，RMS 算法的资源利用将逐渐降低到 70%以下，这说明 RMS 算法在处理的任务超过一定数量时资源利用率不高。当系统任务所需资源利用率超出其负荷时，RMS 算法将无法保证系统中的任务都能在截止期内得到完成。然后是作为动态调度算法代表的 EDF 算法。此算法中优先级与截止时间成反比；截止时间越短，任务优先级越高[27]。截止时间是指任务距离最后截止期限的剩余时间

环境搭建及平台测试在对系统进行性能测试以及功能验证前，需要先交代测试的环境以及台的运行可靠性。本节将基于 MSP430F149 处理器，对物联网终端硬分关键运行参数进行测试，同时对具体的系统测试环境进行说明。1 测试环境搭建本文的应用场景源于校企合作项目“智能家居系统开发”，典型的测试户的家居环境，测试平台为家居中的智能采集终端。由于实验室测试条在搭建具体环境时仅选取了部分具有代表性的家居设备供智能采集终，具体的环境搭建拓扑图如图 5.1 所示。

中的智能开关即为项目“智能家居系统开发”中定义的物联研究对象。由图可知，智能开关使用传感器模块对家中环境线通信模块上传至网关（上层应用），也可通过无线通信模信息对家居中的设备进行开关控制。依据拓扑图搭建的测 5.2 所示。(a)环境参数采集场景 (b)上层应用控制场
【参考文献】

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1 潘琢金;刘继磊;罗振;杨华;;低功耗无线传感器网络节点的设计与实现[J];计算机工程与设计;2015年12期

2 王东超;夏桂林;金志扬;;基于物联网操作系统的生态环境及智慧家庭体系构筑[J];物流技术;2015年22期

3 孙宝刚;;浅议物联网操作系统特征和定位[J];数字技术与应用;2015年11期

4 ;华为推出基于开源的物联网操作系统[J];中国信息化;2015年06期

5 韩青;;物联网操作系统的必备特性[J];今日电子;2014年05期

6 于凯;谢志军;金光;钱江波;;低功耗无线传感器网络节点设计与实现[J];微电子学与计算机;2012年09期

7 王溪波;杨丽娜;;优先级反转和死锁的资源管理模式研究与实现[J];计算机工程与设计;2011年08期

8 孙骏;;μC/OS-Ⅱ实时多任务调度算法的研究与实现[J];安徽职业技术学院学报;2010年04期

9 冯艳红,张玉明,徐美华;实时调度算法分类研究[J];微型电脑应用;2005年07期

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2 王简;实时操作系统任务调度算法的硬件化研究[D];哈尔滨理工大学;2016年

3 胡旭东;基于无线传感器网络的智能家居系统的设计与实现[D];电子科技大学;2015年

4 邢可欣;面向任务的资源自适应WSN嵌入式操作系统设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2014年

5 金珊;实时操作系统调度算法及资源管理的研究[D];沈阳工业大学;2014年

6 马文涛;面向传感网络的嵌入式操作系统设计与实现[D];重庆大学;2013年

7 林华奇;μC/OS-Ⅱ系统中优先级反转解决方案的研究与实现[D];东北大学;2012年

8 黄红娜;μC/OS-II嵌入式实时操作系统及优先级反转问题研究[D];南京邮电大学;2012年

9 周高锋;基于TI混合信号实验箱的教学实验系统设计[D];华中科技大学;2009年

10 宋刚;嵌入式实时操作系统任务调度算法研究与改进[D];沈阳航空工业学院;2009年

本文编号：2894155