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基于RTEMS的任务调度与通信机制的研究
作 者: 刘建东
导 师: 武俊鹏
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: RTEMS 任务调度 通信机制 两级调度策略 带宽控制机制
分类号: TP393.01
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
任务调度和通信机制是实现RTEMS系统实时性和可靠性的重要保证。目前RTEMS系统采用基于线程并以任务优先级为驱动,支持抢占,同等优先级的任务分时共享处理器的调度策略。优点是执行效率高,系统的开销小,具有一定的实时性和可靠性。同时也存在着如下问题,由于采用单一的调度策略,不能够支持需要使用多调度策略的实时多任务应用程序;由于采用了基于优先级且支持抢占的调度模型,有可能发生非期待的任务抢占,造成较大的系统开销,从而降低系统实时性和可靠性。这些问题仅靠硬件性能的提升并不能得到有效的解决。本文重点研究基于RTEMS的任务调度策略和通信机制。首先,针对标准RTEMS系统采用单一的调度策略,不能满足使用多种调度策略的实时多任务应用程序需求的问题,提出了一种可扩展任务调度策略的TLSS策略;在该策略中,当存在多个同等优先级的调度策略就绪队列,并有一个队列的任务长时间占用CPU时,会造成其它队列的任务长时间不能被调度,针对这个问题,提出通过为调度策略预设带宽,轮转调度同等优先级调度策略任务的,实现对TLSS策略管理的一种BCM机制。然后,针对多调度策略中的任务可能出现非期待抢占,导致系统性能降低问题,引入对调度策略的任务进行可调度性分析。最后,分别从信号量互斥机制、消息通信机制、事件同步机制和信号异步机制四个方面,阐述了使用TLSS调度策略和BCM控制机制的RTEMS多任务之间的通信和同步机制。通过仿真实验对TB-RTEMS系统的TLSS策略、BCM机制和信号量机制进行了仿真实验及理论分析。结果表明,TLSS策略能够有效提高系统的实时性和可靠性;BCM机制能够保证TLSS策略均衡执行不同调度策略就绪队列的任务;任务的可调度性分析可避免出现非期待的任务抢占,提高任务执行的效率;通信机制则可为多任务并发执行提供通信和同步功能。因此该研究对RTMES系统的发展具有一定的意义。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-10 第1章 绪论 10-16 1.1 课题的背景与意义 10-11 1.2 国内外研究现状 11-14 1.2.1 嵌入式系统现状综述 11-13 1.2.2 RTEMS 系统研究现状 13-14 1.3 主要研究内容 14-15 1.4 论文的组织结构 15-16 第2章 标准 RTEMS 系统剖析 16-28 2.1 RTEMS 的任务分析 16-19 2.1.1 任务控制块 16-17 2.1.2 任务状态 17-18 2.1.3 任务优先级 18-19 2.2 任务调度算法 19-23 2.2.1 RTOS 任务调度算法 19-21 2.2.2 EDF 和 RM 调度策略 21-22 2.2.3 RTEMS 任务调度算法 22-23 2.3 RTEMS 中断机制 23-25 2.4 RTEMS 体系结构 25-26 2.5 RTEMS 任务调度算法的不足 26-27 2.6 本章小结 27-28 第3章 两级调度策略和带宽控制机制 28-46 3.1 需求和目标 28-31 3.1.1 TB-RTEMS 系统的需求 28-29 3.1.2 TB-RTEMS 系统的目标 29-30 3.1.3 TB-RTEMS 系统的体系结构 30-31 3.2 TLSS 调度策略 31-40 3.2.1 优先级管理 34-36 3.2.2 对象管理 36-38 3.2.3 任务管理 38-39 3.2.4 中断管理 39-40 3.3 BCM 控制机制 40-42 3.4 可调度性分析 42-44 3.5 本章小结 44-46 第4章 基于 TB-RTEMS 系统的通信机制 46-52 4.1 信号量管理 46-48 4.1.1 数据结构 46-47 4.1.2 信号量互斥机制 47-48 4.2 消息管理 48-50 4.2.1 数据结构 48-49 4.2.2 消息通信机制 49-50 4.3 事件同步管理 50 4.4 信号异步管理 50 4.5 本章小结 50-52 第5章 仿真实验与结果分析 52-66 5.1 实验环境 52 5.2 TLSS 调度策略和 BCM 控制机制的验证 52-62 5.2.1 测试用例 52-54 5.2.2 测试结果 54-60 5.2.3 结果分析 60-62 5.3 TB-RTEMS 系统的通信机制的验证 62-64 5.3.1 测试用例 62-63 5.3.2 测试结果 63-64 5.3.3 结果分析 64 5.4 本章小结 64-66 结论 66-68 参考文献 68-72 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 72-74 致谢 74
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 计算机网络 > 一般性问题 > 计算机网络理论
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