杜传业[1]2007年在《嵌入式Linux内核解析》文中指出嵌入式系统的应用与开发是当今计算机行业的一个热点。作为最主要的开放源码软件之一,Linux因具有内核源码公开、性能稳定、兼容UNIX、支持多种处理器、网络功能强、安全性高、内核可以剪裁等一系列优点,在嵌入式领域得到广泛的应用。本文以Linux内核源代码为基础,分析了进程调度策略、中断处理机制、系统调用、文件系统等Linux的内核机制。详细分析Linux在嵌入式应用中实时性不强的原因以及基于Linux2.6内核进行实时开发的优点。本文对内核的进程调度和中断系统进行了实时性优化,在分析常见的实时调度算法的基础上提出了改进的最小空闲时间优先算法,减轻了原有算法所产生的颠簸现象。并且分析了标准Linux的中断机制及其在满足实时性方面的不足之处,针对其不足提出了中断线程化的改进方法。在内核实时性改造的基础上,本文还优化了Linux的内核裁剪机制,对Linux内核进行细粒度的可定制裁剪。并且对Linux内核原有剪裁机制的进行了分析,总结了基于源代码的Linux内核裁剪技术,引入基于应用程序的嵌入式Linux内核自动裁剪方法,根据应用程序调用的函数集合,自动选择需要的功能内核模块,提供给内核编译使用,实现可视化的Linux内核自动裁剪,使之能够更好的适应嵌入式设备。
谢强[2]2007年在《基于LINUX的嵌入式操作系统实时性研究》文中进行了进一步梳理作为最主要的开放源码软件之一,Linux因具有内核源码公开、性能稳定、兼容UNIX、支持多种处理器、网络功能强、安全性高、内核可以剪裁等一系列优点,正迅速进入实时控制领域。Linux最初是作为通用操作系统而设计开发的,其设计的基本原则是尽量缩短系统的平均响应时间并提高系统的吞吐量。尽管Linux也提供了一些实时处理的支持,包括支持大部分POSIX标准中的实时功能、多任务、多线程、可抢占内核、O(1)进程调度算法等。但是,Linux的实时性能还是比较差,不能保证实时任务的响应时间。本文以Linux内核源代码为基础,分析了中断处理机制、进程调度策略、虚拟内存、文件系统等Linux的内核机制;详细分析和测量了内核的调度延迟、中断延迟、上下文切换时间、虚拟内存引起的延迟时间、文件系统导致的系统延迟等,在此基础上,以降低调度延迟时间作为突破点,重点研究了采取互斥代替自旋锁和中断线程化等方法,提高了Linux的实时性能。论文首先分析了标准Linux的同步机制,以及Linux自旋锁的不足之处,提出了互斥代替自旋锁的改进方案。其次,分析了标准Linux的中断机制及其在满足实时性方面的不足之处,并针对其不足提出了中断线程化的改进方法。这两种改进方法降低了系统的调度延迟时间,增强了内核对实时进程的响应能力,同时保证了系统的整体性能不受大的影响。最后,给出了Linux下上述两种改进方法的实现方案与测试结果。实验结果表明,改进后的系统较好地解决了标准Linux在实时性方面存在的不足,能够在实时领域有较好的应用。
周克贵[3]2008年在《Qt/Embedded和Linux在污水处理控制系统中应用的研究》文中进行了进一步梳理由于Windows系列操作系统的普及使得图形化操作观念深入人心,同时随着信息家电、手持设备、无线终端、复杂工控设备的迅速发展,人们对嵌入式系统的需求逐渐增多,要求也越来越高。为嵌入式系统提供一个友好方便、稳定可靠的GUI系统成为非常迫切的要求。本论文以油田污水处理控制系统为应用背景,在已经研制出的含油污水处理系统的基础上,对其控制方案进行了改进,提出了以基于ARM920T核的S3C2410为嵌入式处理器、以基于ARM9广泛使用的Linux为嵌入式操作系统、以Qt/Embedded为嵌入式GUI构建污水处理控制系统中的人机界面的方案,替代了原来IPC、PLC和现场执行机构叁层结构的控制方案。以嵌入式Linux系统中的GUI系统为研究对象,从理论、技术、设计与应用叁个层次进行研究,并将重点放在Qt/Embedded系统之上。文中介绍了嵌入式Linux GUI的发展概况,基于Qt/Embedded的GUI开发环境Qtopia,并结合实例阐述了基于嵌入式Linux的Qtopia应用程序开发过程,分析了该应用程序在向项目目标硬件上移植过程中出现的问题,并给出了解决此问题时的几种解决方法。本论文的主要工作是研究Qt/Embedded这种嵌入式GUI在构建污水处理控制系统人机界面中的应用。依次研究与实现了以下内容:Qt/Embedded在宿主机和目标机上开发环境的建立,VIVI的配置、编译、生成与向ARM平台的烧写,Linux内核的配置、编译与向ARM平台的烧写,基于Qt/Embedded污水处理人机界面应用程序的开发,带应用程序的Qtopia图形界面文件系统的制作与向ARM平台的烧写,以及相关驱动程序的开发。污水处理控制系统的图形用户系统存在着独立进程、跨平台等特殊要求,因而选择Qt/Embedded作为支撑平台。文中就Qt/Embedded的图形用户系统开发提出了两个关键性问题,即跨平台移植与中文化。最后就本论文所做的工作进行总结,并对进一步的研究提出了自己的看法。
高雪原[4]2018年在《可信实时系统技术研究与实现》文中研究说明舰船系统信息化装备是一个由专门软硬件构成的、与外界物理隔离的网络。频发的针对工控系统、核设施以及军事系统的攻击事件,表明了物理隔绝的网络在新型网络攻击面前并非牢不可破。传统的信息安全技术已经很难有效的防止针对内网终端的攻击,严重影响了国家安全,可信计算思想为解决终端安全威胁提供了很好的思路。目前可信计算技术已经运用到了通用系统中,为PC机、服务器、移动终端等提供了有效的系统级安全增强方法,但将可信计算技术运用到实时性要求较高的舰船系统信息化装备中的可行性需要验证。本文的主要工作为:设计和实现可信实时系统,测试虚拟可信计算平台模块(vTPM)部署到实时系统并提供服务后,系统实时性所受到的影响。结合可信和实时的特性,本文设计了两种方案:第一种基于Xenomai的可信信实时系统方案,采用宿主机和客户机的结构,其中,宿主机中部署了vTPM为客户机提供可信计算服务,客户机为经过Xenomai实时化改造后的系统;第二种基于Preempt-rt的可信实时系统方案,采用vTPM增强通用系统的安全性,并利用实时抢占技术Preempt-rt对其进行实时化改造,同时通过系统调优提升vTPM进程tpmd的实时性。基于以上两种方案,分别实现两个可信实时系统:第一,通过宿主机中vTPM部署、可信计算平台模块TPM虚拟化,客户机采用Xenomai进行实时化改造,实现了基于Xenomai的可信实时系统;第二,从vTPM部署、内核实时抢占技术、系统调优方面实现了基于Preempt-rt的可信实时系统。在实验测试阶段,基于Xenomai的可信实时系统用于测试vTPM部署到实时系统并提供服务后,系统实时性所受到的影响;基于Preempt-rt的可信实时系统用于测试系统调优后vTPM进程tpmd的实时性。实验结果表明,基于Xenomai的可信实时系统启用可信计算服务后,实时性能降低8.1%,但系统响应时间的最高延迟没有出现较大波动,说明该系统的稳定性较高。基于Preempt-rt的可信实时系统中,vTPM命令的平均执行时间与非实时系统中相比,有扰动的条件下减少32.7%,无扰动的条件下减少15.3%,tpmd的实时性得到了提升。同时vTPM命令的执行时间没有出现较大的波动,说明了基于Preempt-rt的可信实时系统具有较高的稳定性。通过对以上两种可信实时系统的实验测试与数据分析,验证了本文提出的可信实时系统设计方案的可行性。
徐晨辉[5]2009年在《嵌入式Linux内核裁剪及移植的研究与实现》文中指出嵌入式操作系统是嵌入式系统的软件核心,它管理系统中所有的软件和硬件资源,并且满足嵌入式系统的专用性和可裁剪性。嵌入式Linux以其开源、可裁剪以及模块化设计等特点,吸引了国内外众多研发人员的青睐。研究Linux内核的裁剪和移植的方法,对实际应用中定制嵌入式Linux内核具有指导意义。本文从内核裁剪的角度出发,首先深入分析了Linux内核各功能模块的实现原理;接着对细粒度裁剪嵌入式Linux内核以及内核的移植做了深入的研究;最后通过具体的事例来分析内核的裁剪效果。本文主要包括的内容如下:1.提出了细粒度模块化的内核裁剪方法。本文通过分析“makemenuconfig”配置裁剪方法、基于源代码的裁剪方法以及基于调用图的裁剪方法,提出了细粒度模块化的内核裁剪策略;并对内核中各模块进行细粒度地裁剪,在剔除系统多余进程、优化内存管理功能、裁剪文件系统以及定制TCP/IP网络协议栈等方面做了深入地研究。真正的实现了,能够根据具体的应用需求细粒度裁剪Linux系统内核。2.实现了ARM平台的嵌入式Linux内核的移植。本文首先详细分析了开源启动程序U-boot的执行流程、U-boot的移植以及调试过程,总结了U-boot的移植步骤及移植过程中需要修改的文件;接着详细分析了嵌入式Linux内核参数的传递方法及其实现以及嵌入式Linux内核的启动过程;最后实现了嵌入式Linux内核在基于ARM920T的S3C2410硬件平台上的移植,并总结了移植方法和流程。3.嵌入式移动POS机系统内核的实现。本文通过嵌入式移动POS机这一具体事例,实现了嵌入式Linux内核细粒度的裁剪以及移植;最后比较了普通裁剪方法和本文提出的裁剪方法。得到的结论是本文所提出的裁剪方法对Linux内核能实现“更小规模”的裁剪。
吕成兴[6]2008年在《基于嵌入式Linux系统的软件平台技术的研究》文中研究表明Linux操作系统作为自由软件的代表,性能优良,是PC服务器和桌面系统应用最广泛的操作系统之一。由于嵌入式Linux在价格上具有很大优势,其内核微小、资源丰富而且可裁剪配置,在嵌入式系统中得到了广泛使用。近年来,显现了巨大的市场价值和广阔的应用前景。本文以广泛使用的S3C2410X(ARM920T核)处理器为硬件核心,系统地介绍了S3C2410X处理器及系统的硬件平台结构。并在此基础上重点研究了系统软件平台的开发技术,其中首先研究了基于Linux的嵌入式软件开发环境的构建,之后详细地分析了嵌入式Linux的启动引导程序设计,主要研究内容包括移植开源软件U-Boot。U-Boot移植的工作主要是进行了针对U-Boot关于Flash的部分代码的修改和设计。移植好的U-Boot可以实现对硬件的初始化以及操作系统的加载。然后在分析Linux内核结构的基础上,研究了内核移植及裁剪和配置编译的具体方法和过程。内核修改的工作主要是对内核MTD部分进行修改,然后再裁减配置生成与主板匹配的Linux内核,并且给出了驱动程序的编写和移植方案。在上述工作的基础上构建了一个嵌入式系统的根文件系统。文章的最后介绍了嵌入式GUI的实现和基于Qt/Embedded开发应用程序的方法,并且实现了一个简单的基于Qt/Embedded语音识别程序的编写。全文详细论述了嵌入式Linux移植的流程,给出了搭建嵌入式开发环境的步骤,基于硬件平台DM2410的BootLoader,Linux内核的移植,驱动程序的编写,根文件系统的制作,图形界面的实现方案和应用程序的编写,并且在DM2410开发平台上实现了嵌入式Linux系统的集成与部署。
李莉[7]2008年在《嵌入式数据采集系统的设计与实现》文中研究说明随着嵌入式技术和无线通信技术的迅速发展和广泛应用,充分结合两种技术优势的远程数据采集系统正在被不断地研究和开发。对传统单片机实现的孤立的数据采集仪进行数字化改造,开发新型的介入了嵌入式和通信技术的智能化采集终端,目前已成为研制的热点。课题即是此背景下,针对某环保部门对在线污染源自动监控系统中数据采集所提出的需求,综合以往数据采集终端的优缺点,研究并设计了基于ARM和GPRS技术的远程数据采集系统。本文采用理论与实践相结合的方式,详细阐述了嵌入式数据采集系统的设计与开发过程。主要内容有:分析了系统硬件资源需求,介绍了ARM微处理器和采用的硬件平台;分析了嵌入式Linux操作系统的特点和优势,重点分析了存储管理、调度机制和实时性等方面的问题;分析了Bootloader启动流程,移植了U-boot和ARM-Linux内核;阐述了嵌入式文件系统及其制作过程;分析了内核模块机制,研究了设备驱动的相关原理,编写了GPIO的驱动程序;最后编写应用程序,实现基本的功能,包括与监测仪器的串口通信,MC35的GPRS接入方式下的数据传输,以及数据的本地存储,并对系统性能进行了评价。通过以上分析和设计,完成了基于ARM和GRPS的嵌入式数据采集系统,满足了项目需求。
王珠珠[8]2007年在《嵌入式操作系统裁剪技术研究》文中认为本文以提高绘图机数据传输率为目的,通过裁剪普通Linux操作系统,最终获得绘图机需要的嵌入式Linux操作系统。本文首先介绍了嵌入式操作系统和嵌入式Linux,然后详细介绍了目前流行的一些嵌入式Linux裁剪方法,并对各种方法的优缺点进行分析,从而得出适合本文研究应用的裁剪方法——make menuconfig内核配置与源代码修改相结合的嵌入式Linux内核裁剪法。本文从提高绘图机数据传输率出发,实质上就是要提高Linux操作系统的进程调度效率,系统的分析了一个普通Linux内核的总体结构、源代码目录树、内核编译与启动过程,得出影响系统进程调度效率的两个关键点:普通的分时进程调度策略和虚拟内存管理机制。接着就内核中与这两个关键点密切相关的主要子系统,如进程管理和内存管理子系统的内核源代码进行了详细分析。本文在源代码分析的基础上提出了一种基于固定优先级的可抢占式进程调度策略和剔除虚拟内存管理机制的裁剪方案,并采用选定的内核裁剪方法:进行内核配置、去除多余的内核守护进程、修改源代码等,对普通Linux内核进行裁剪。本文给出了裁剪过程中的具体配置选项和修改的主要源代码,如进程调度函数schedule()、内存映射函数do_mmap()等。最后对实验环境:PC宿主机和JXARM9-2410目标机,进行了说明。在实验平台上验证本文内核裁剪的有效性。本文详细分析了Linux2.6内核源代码。通过实验证明,裁剪后的数据输出进程的调度执行时间较裁剪前的调度执行时间缩短了15%。
李玉奇[9]2010年在《基于Linux的实时嵌入式操作系统内核的改进研究》文中认为随着信息时代的发展,实时嵌入式系统已经不仅仅应用于工业自动化控制,而是更广泛的应用于多媒体通信、突发事件处理、环境监测、交通控制以及航空航天等领域。传统微内核结构的、仅仅具有实时功能的实时嵌入式操作系统越来越不能满足实际应用的需求。因此,实时嵌入式操作系统也开始从单功能、弱功能向高专业化的多功能、强功能方向发展。Linux作为一个模块化的单内核操作系统,其功能强大,具有极强的可定制性,支持几乎所有的嵌入式硬件平台,同时它又具有一定的实时性能。另外,Linux的一切应用开发都遵循GPL协议,内核代码是开源的,对内核的改动完全是自由开放的。可以说,Linux作为一个通用的分时操作系统,有非常大的潜力改造成为一个实时嵌入式操作系统。这也是国内外许多顶尖IT企业和科研机构的一个热点研究方向。本课题首先大量研究了国内外一些经典的实时操作系统方案,详细分析了几种实时调度算法的特点,并依据Linux2.6内核源代码认真分析了Linux内核的结构和制约其实时性的因素。在这基础之上采用直接修改内核法对Linux进行了实时性改进：对于Linux内核不可抢占的问题,修改内核源代码使用互斥锁mutex替换阻碍抢占的自旋锁spinlock,提高了内核整体的实时性；对于Linux内核中实时性不够强的核心调度算法,本课题结合RM算法和EDF算法,创新性的提出了一种以最终时限为基础、以执行频率为辅助的基于优先级的综合调度算法,并编写代码替换Linux内核的调度算法,大大提高了Linux的实时性；另外,Linux并没有提供预防优先级反转的方案,本课题利用优先级继承策略的思想,在资源表结构中添加等待队列链表和优先级记录,编写代码在Linux上实现了优先级继承方案,提高了操作系统的稳定性和安全性。最后将改进后的Linux在实验室搭建的ARM9实验平台上利用Lmbench测试其上下文切换时间,并与标准Linux相比较,得出最终结果。
孟宪栋[10]2004年在《空间机器人软件系统研究与实现》文中研究说明自由飞行空间机器人（FFSR）由机器人本体和搭接在本体上的机械臂组成，可以在宇宙空间自由飞行或浮游，代替宇航员完成舱外作业。FFSR的基座不固定，机械臂运动的反作用力影响机器人本体的位置和姿态，从而使机械臂的位置和姿态也会随着相应变化，因此其控制问题要比地面机器人复杂得多。为了研究FFSR在空间微重力环境下的运动学和动力学特性，以及验证各种FFSR控制算法的可行性和有效性，需要研制FFSR地面实验平台。在实验平台上，对主要的控制算法和技术进行验证。FFSR控制器作为整个地面实验系统的心脏，其功能是根据操作指令以及传感器各路信息综合控制信号以驱动机器人完成设定的动作或作业任务。论文的主要工作是在研究开放式机器人控制器体系结构的基础上，设计软件系统的体系结构，并实现了基础软件平台。主要工作包括移植了嵌入式Linux标准操作系统，并实现了实时化。在此基础上实现了有限状态自动机和嵌入式数据库支持；最重要的是设计和实现了支持面向多硬件平台进行嵌入式开发的集成开发环境。进行了空间机器人控制器嵌入式软件系统开发需求的解决方案制定、实现，并对板极支持机制的设计和工作区管理方面进行了技术创新，提出了有二级索引配置的可扩展性好的板极开发支持机制和基于体系结构和开发板的应用、文件系统、内核配置一体的工作区管理机制，基本实现了软件开发方面的完备性、易用性、灵活性要求。
参考文献：
[1]. 嵌入式Linux内核解析[D]. 杜传业. 河北工业大学. 2007
[2]. 基于LINUX的嵌入式操作系统实时性研究[D]. 谢强. 西安电子科技大学. 2007
[3]. Qt/Embedded和Linux在污水处理控制系统中应用的研究[D]. 周克贵. 武汉理工大学. 2008
[4]. 可信实时系统技术研究与实现[D]. 高雪原. 中国舰船研究院. 2018
[5]. 嵌入式Linux内核裁剪及移植的研究与实现[D]. 徐晨辉. 东华大学. 2009
[6]. 基于嵌入式Linux系统的软件平台技术的研究[D]. 吕成兴. 曲阜师范大学. 2008
[7]. 嵌入式数据采集系统的设计与实现[D]. 李莉. 南京理工大学. 2008
[8]. 嵌入式操作系统裁剪技术研究[D]. 王珠珠. 西安电子科技大学. 2007
[9]. 基于Linux的实时嵌入式操作系统内核的改进研究[D]. 李玉奇. 沈阳理工大学. 2010
[10]. 空间机器人软件系统研究与实现[D]. 孟宪栋. 清华大学. 2004
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