嵌入式操作系统在机电一体化设备控制过程中的应用

四川大学硕士学位论文嵌入式操作系统在机电一体化设备控制过程中的应用姓名：张昭瑜申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：吴仲光20050512嵌入式操作系统在机电一体化设备控制过程中的应用作者：张昭瑜学位授予单位：四川大学参考文献(40条)1.JeanJLabrosse.邵贝贝实时嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ20032.王福瑞单片微机测控系统设计大全19983.RichardBarnett.Larry0’Cull.SarahCox.周俊杰嵌入式C编程与AtmelAVR20034.WayneWolf.孙余芳.梁彬.罗保国.谢谦嵌入式计算系统设计原理20025.马忠梅.马广云.徐英慧.田泽ARM嵌入式处理器结构与应用基础20026.马潮高档8位单片机ATmega128原理与开发应用指南20047.王田苗嵌入式系统设计与实例开发20028.JaneWSLiu.姬孟洛.李军.王馨.路现立.秦杰实时系统(REAL-TIMESYSTEM)20039.陈曾汉工业PC及测控系统200410.王建华.黄河青计算机控制技术200311.徐大诚.邹丽新.丁建强微型计算机控制技术及应用200312.何小阳计算机监控原理与技术200313.王学龙嵌入式VxWorks系统开发与应用200314.WindRiver.王金刚.苏琪.杨锡劢VxWorksBSP开发人员指南200315.WindRiver.王金刚.高伟.苏琪.丁大尉.姜平VxWorks程序员指南200316.林宋.刘杰生.殷际英.田建君光机电一体化技术产品实例200417.薛智文操作系统200318.刘智臣.孟益民嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ中优先级反转问题及其解决方案[期刊论文]-科学技术与工程2005(1)19.郭海训嵌入式系统优先级反转问题的分析[期刊论文]-电子产品世界2004(19)20.翟斌.田武嵌入式计算机——引领武器发展新世代2004(12)21.令晓明.范多旺嵌入式系统及其实时软件的开发[期刊论文]-甘肃科技2004(10)22.陈光达.段宝岩.保宏.米建伟嵌入式系统在机电控制中的应用[期刊论文]-电子机械工程2004(3)23.王欢.秦健计算机与机电一体化[期刊论文]-邯郸师专学报2004(3)24.关开浅谈我国机电一体化的发展方向[期刊论文]-河北能源职业技术学院学报2004(2)25.冉汉政嵌入式实时操作系统uC/OS在控制工程中的应用[期刊论文]-现代电子技术2003(13)26.张立勋.沈锦华.路敦民.杨勇AVR单片机实现的直流电机PWM调速控制器[期刊论文]-机械与电子2004(4)27.张小芳.李向华.陆起涌uC/OS-Ⅱ在仪器仪表中的应用[期刊论文]-仪器仪表学报2003(z1)28.浦国斌.谭南林基于Atmega128L的CAN-USB总线的通信模块设计[期刊论文]-中国仪器仪表2005(1)29.范正翘.马书彤无刷直流电动机的新型自适应模糊神经控制[期刊论文]-北京航空航天大学学报2000(1)30.LeeJaeho.KimHeungnamImplementingpriorityinheritancesemaphoreonμC/OS-Ⅱreal-timekernel200331.PetterssonA.ThaneHTestingofmulti-taskingreal-timesystemswithcriticalsections200332.KimSJ.ChoiJYFormalmodelingforareal-timeschedulerandschedulabilityanalysis200333.RamamurthySSchedulingperiodichardreal-timetaskswitharbitrarydeadlinesonmultiprocessors200234.PerkusichA.AlmeidaHO.deAraujoDHAsoftwareframeworkforreal-timeembeddedautomationandcontrolsystems200335.Sancho-PradelDL.JonesSR.GoodallRMSystemonprogrammablechipforreal-timecontrolimplementations200236.CervinA.EkerJThecontrolserver:Acomputationalmodelforreal-timecontroltasks200337.DerbalaAliPriorityqueuinginanoperatingsystem2005(02)38.FordRobertHowtogetoutofthatdifficultprioritylogjam2005(01)39.OikawaS.IshikawaH.IwasakiM.NakajimaTConstructingsecureoperatingenvironmentsbyco-locatingmultipleembeddedoperatingsystems200540.Atmega128/Atmega128LDataSheet2005相似文献(10条)1.学位论文郭洋μC/OS-Ⅱ中解决优先级反转问题的设计模式及实现方法研究2006在工程实践中，嵌入式系统往往有很强的实时性要求，需要嵌入式操作系统提供更好的实时支持，因此，嵌入式操作系统一般都是实时操作系统。随着嵌入式技术应用领域的不断扩展，开发嵌入式应用的实时操作系统平台也得到了越来越广泛的应用，与嵌入式操作系统相关的理论和技术问题也成为了研究和开发热点，特别是保证嵌入式操作系统的实时性以及各类资源的有效管理问题成为了操作系统领域最重要和最活跃的研究课题。在抢占式多任务实时操作系统中，由于任务的并发执行以及对共享资源的使用，必然存在优先级反转的危险，从而会影响到高优先级任务的响应时间。如果不采取措施，引起优先级无限反转，就会导致应用系统崩溃。同时，优先级反转也是应用系统许多不可预知错误的根源。因此，在嵌入式实时系统分析设计时，在实时操作系统层面上缓解优先级反转现象至关重要。本文以源代码开放，实施优先级可抢占式调度策略的多任务实时操作系统μC/OS-Ⅱ为研究对象。剖析了μC/OS-Ⅱ抢占式调度内核。着重分析了优先级反转产生的原因和影响。对解决优先级反转的优先级继承协议及优先级天花板协议两种设计模式作了深入的研究和分析，提出并论证了优先级继承协议应用于μC/OS-Ⅱ的限制，以及在μC/OS-Ⅱ中实现优先级天花板协议的可行性。在此基础上，结合μC/OS-Ⅱ的特点，完善了资源天花板优先级的定义，设计了实验模型。结合μC/OS-Ⅱ提供的互斥信号量工具，实现了类似于优先级天花板协议的μC/OS-Ⅱ解决优先级反转问题的解决方案。实验结果表明，该方法在保证共享资源互斥访问的前提下，可将优先级反转的发生有效地限制在一个层次上，降解了优先级反转现象的发生。最后，对在μC/OS-Ⅱ中实现优先级天花板协议降解优先级反转现象发生的特点和应用限制做了评述。2.学位论文张莉基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式网络协议栈的研究2007随着计算机技术的发展，嵌入式系统已经广泛应用于国防、工业、交通、能源、信息技术以及日常生活等各个领域，并成为近年来新兴的研究热点，网络化是主要趋势之一。在实际应用中，嵌入式系统的网络化，根据自身的不同特点和需要，采用不同的方案。LwIP是开源的TCP/IP协议栈，LwIP实现的重点是在保持TCP/IP协议栈主要功能的基础上减少对RAM的占用，这使LwIP协议栈适合在嵌入式系统中使用。μC/OS-Ⅱ是堪称最著名的实时开源操作系统，但毕竟只是一个实时的任务调度及通信内核，缺少对外围设备和接口的支持，如没有文件系统、网络协议、图形界面。因此选择采用μC/OS-Ⅱ与免费的TCP/IP协议栈LwIP相结合的方法实现嵌入式系统的网络化功能。本文首先介绍了嵌入式系统的发展趋势和ARM7微处理器。其次分析了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ的系统内核，并针对在使用实时内核时，优先级反转是实时系统中出现最多的问题，分析了μC/OS-Ⅱ中的优先级反转问题和给出了解决方案。然后详细阐述了μC/OS-Ⅱ在S3C44BOX上的移植过程。再次分析了LwIP协议栈的实现和LwIP在μC/OS-Ⅱ系统上的移植过程。最后阐述了网络芯片RTL8019AS的驱动程序的详细开发过程。通过以上工作，实现了嵌入式系统的网络连接。3.期刊论文郭海训嵌入式系统优先级反转问题的分析-电子产品世界2004,(19)本文介绍了嵌入式系统任务调度优先级反转的一个实例.通过实例的讨论对嵌入式系统优先级反转有一个更深入的了解,有助于在编程中避免此类问题的发生.4.学位论文杨洪亮基于ARM处理器实时操作系统的研究及应用2005嵌入式系统自二十世纪七十年代出现之后，随着其应用领域的不断扩展，已经逐渐成为计算机应用领域的主角。作为一个整机系统，对嵌入式系统的开发涉及到应用领域的各个方面。该系统不仅硬件上要求有高效、可靠的嵌入式微处理器，而且软件上要求有嵌入式实时操作系统的支持。在多任务操作系统的支持下，如何设计出运行稳定、高效的应用软件同样关系到整个系统的质量。本文首先阐述了实时操作系统在ARM处理器上的移植过程，并针对ARM处理器不同于一般Intel处理器的特点，对移植后的操作系统进行了改进，改进后的操作系统不仅在运行效率上得到了提升，而且缩减了代码空间，节省了系统资源。另外，为满足嵌入式系统响应事件的苛刻要求，对实时操作系统的多任务调度可能导致的优先级反转及死锁问题提出了解决方案。本文首先分析了以往解决优先级反转及死锁问题的各个方案，在综合比较了它们的优缺点之后，结合嵌入式领域的特殊要求，提出了一个改进的解决方案。在保持高任务调度率和高系统资源利用率的前提下，该方案对任务的优先级反转问题予以解决，与此同时，对由于任务争抢资源而导致的死锁也提供了检测机制。基于改进的实时操作系统基础之上，本文又阐述了一个面向网络应用的工业平台，并详细描述了该平台的硬件规划和软件设计。最后针对该工业平台提出了一个测试方案，并根据此方案得到的测试结果分析了该平台的执行效率及可靠性。5.学位论文张波基于μC/OS-Ⅱ的实时多任务调度算法的研究2009随着实时嵌入式系统应用的日益复杂化，系统可能要处理多个实时任务，同时各个任务之间也可能有多种信息传递。如果仍采用原来的程序设计方法将存在两个问题：一是中断可能得不到及时响应，处理时间过长，这对于一些控制场合是不允许的；二是系统任务多，要考虑的各种可能也多，各种资源如调度不当就会发生死锁，降低软件可靠性。在实时系统中，系统的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果而且依赖于结果产生的时间。从这个角度上看，可以把实时系统定义成“一个能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统”。实时系统主要面向与时间因素相关的应用需求，相应的处理过程必须在规定的时间限制内完成。此外，实时系统中多任务共享资源很容易出现无限优先级反转现象，最终导致系统崩溃。因此，任务调度与资源管理是实时系统最重要的组成部分。本文选择实时内核作为研究对象，以嵌入式微处理器S3C44B0为硬件平台。对μC/OS-Ⅱ操作系统的移植进行研究，改造μC/OS-Ⅱ实时内核，将其移植到微处理器S3C44B0中。进而研究和解决实时系统中实时调度算法和任务管理的问题。μc/os-Ⅱ实时内核以抢占的方式调度任务，并且源代码开放。它为每个任务分配唯一的优先级，不支持相同优先级任务的调度，而在实际应用中为相同功能的任务分配不同的优先级不是一个很好的逻辑设计。因此本文扩展了μC/OS-Ⅱ实时内核，使其支持相同优先级的轮转调度，从而实现了μC/OS-Ⅱ中固定优先级抢占和同优先级单调速率调度方式相结合的一种混合调度策略。通过实验验证，扩展后的μC/OS-Ⅱ实时内核能够支持相同优先级任务的单调速率调度，并且仍然能够保持μC/OS-Ⅱ抢占式内