一、嵌入式RTOS中任务调度问题研究（论文文献综述）
郑星[1]（2021）在《FreeRTOS在ARM平台的SMP系统方案研究与实现》文中研究指明在现代技术不断发展的背景下,嵌入式应用对嵌入式操作系统的性能需求越来越高,在减小晶体管、提升主频的方法上遇到瓶颈后,多核策略成为了当下提升系统性能的最佳选择。嵌入式领域中,FreeRTOS依靠自身的实时性、开源性、可靠性、易用性,以及多平台支持等特点,深受广大业内人士的青睐,目前已经被移植到30多种硬件平台。根据全球嵌入式市场分析报告,FreeRTOS连续数年名列前茅,应用范围十分广泛。但是在目前,FreeRTOS仍没有支持多核的官方版本,在多核处理器逐渐占领市场的今天,对多核的支持迫在眉睫,因此对FreeRTOS多核版本的研究意义重大。本文基于FreeRTOS官方的ARM Cortex A53单核版本和现有的嵌入式多核系统方案进行研究,设计并实现了 FreeRTOS在ARM平台的一种SMP（Symmetric Multi-Processing,对称多处理）系统方案。在不破坏FreeRTOS原有特性的原则下,可以保证操作系统中优先级最高的前N个就绪任务被调度并处于运行状态（N为处理器核数）,调度可以在任意核上触发,系统进入正常的运行状态后,所有核没有主从关系的区别,功能权限完全平等。并且系统可以根据任务数量自动休眠或者唤醒处理器核心来节省功耗。此外,方案采用了全局多级就绪任务等待队列,以全局调度的方式让任务在核间保持负载均衡,可以充分利用处理器资源,提高系统性能。通过对SMP模式下多任务优先级抢占的研究分析,本文还对任务调度策略进行了优化,可以在一定程度上减少任务的堆积,进一步提升处理器利用率。最后,本文还实现了 SMP系统ARMv8下的核间同步与互斥、核间通信,在ARMv8的AArch64执行状态下完成了对FreeRTOS多核版本的探索。通过在搭载ARM Cortex A53的树莓派3B+硬件开发板上测试验证,本文提出的FreeRTOS SMP系统方案可以成功处理大批量实时任务,并保证任务的互斥与正确运行,达到了在保证FreeRTOS原有特性的基础上提升FreeRTOS系统性能的目标。
张丽鹏[2]（2020）在《智能化数控系统任务调度技术的研究与实现》文中认为随着计算机技术的高速发展,对传统制造业提出了新的要求,而制造业的“工作母机”—数控机床,代表着国家制造业的核心竞争力。长期以来,我国传统数控系统仍采用封闭式的体系结构和单核处理器,难以适应日益复杂的制造过程。因此,数控系统的智能化,开放化以及由单核向多核系统的转变自然成为了重中之重。本文以对称多核ARM开发板为实验平台,讨论数控系统智能化进程中的任务调度技术以及实时控制关键技术。首先,以采用Linux操作系统与对称多核ARM卡片式电脑作为软硬件平台,提出并实现了多核数控系统的软件框架,探讨了同构多核数控系统中任务的调度模式与详细机制,针对数控系统内任务与传统计算机任务特性的比较,制定了适用于多核数控系统任务执行需求的调度方案。其次,研究了适用于课题的软硬件环境,对Linux系统实时性进行了分析并实施了一种实时化改造方案。再次,基于对RCS库的研究探讨了分层控制系统细节实现以及CMS与NML技术对于实现模块化通信与分层实时控制的参考模型,并对本文构建的实时系统进行了性能测试。最后,为确保数控系统从单核到多核转变后的健壮性及鲁棒性,探讨、研究并制定了适用于多核数控系统的负载均衡方案,通过对数控系统内任务集的预处理,提出了一种基于滑动窗口的任务调度策略,使得各个处理器内核之间的任务处理更加平稳,负载相对均衡。
杜长江[3]（2020）在《基于STM32的机舱分布式处理系统设计》文中指出经济迅猛发展的二十一世纪,海洋经济的发展是世界经济的重要组成部分。国家层面也相继推出了《中国制造2025》、《交通强国建设纲要》等重大战略举措以加快海洋强国建设。而船舶工业是集水路交通、海洋经济开发以及国防建设等于一体的现代化综合性制造产业。船舶机舱监控系统是船舶设备智能化升级重点改造对象之一,肩负着机舱机电设备工作状态感知的使命,主要负责获取机电设备状态数据、状态监测与控制。而基于STM32的机舱分布式处理系统是全船综合分布式监控处理系统的一部分,也是极为关键的底层,其对于船舶安全保障具有重要意义。在本文设计中首先重点参照了钢质海船入级规范自动化篇章、国家船舶行业标准以及船舶工业标准体系等技术规范准则,同时还对康斯伯格K-Chief700、海兰信VMS 200等当前主流机舱监控系列产品设计思路进行系统分析,总结了机舱分布式处理系统的技术趋势及需求分析。总体遵循IEEE802.3标准、UDP协议以及TCP协议,提出了基于STM32的机舱分布式处理系统设计方案,借助以太网进行指令发布与数据传输,通过嵌入式实时操作系统实现应用的多任务管理,并采用文件系统实现过程数据的格式化存储与记录。在系统总体设计方案基础上,对基于STM32的机舱分布式处理系统进行软硬件设计。方案设计主要分为系统硬件设计与软件设计两大部分,采用EDA工具软件Altium Designer18.07进行硬件电路设计,硬件设计主要包括24V-5V电压转换模块、5V-3.3V电压转换模块、时钟电路模块、系统复位模块、以太网通信模块、数字量和模拟量采集与输出控制模块、SD卡存储电路模块等;在Keil μVersion 5.29集成开发环境中进行下位机软件设计,主要完成了 ARM Cortex-M7内核启动分析、软件开发环境搭建、软件任务流程设计、各硬件驱动模块设计、嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅲ移植、FATFS文件系统移植、数字量和模拟量采集与输出任务设计、通信协议设计等工作。最后基于系统的软硬件设计进行联合测试,结合Windows10平台PC端、基于STM32的机舱分布式处理系统以及交换机等组建测试平台进行联机测试。测试结果表明系统设计方案能够准确采集信号、通信稳定、可靠性高、实时性好、数据存储与记录完整且与测试上位机良好交互,系统整体运行良好,符合方案预期并满足船舶行业相关体系准则。
闫荣堃[4]（2019）在《基于形式化模型的AUTOSAR OS调度表可调度性分析》文中研究说明高速增长的电子控制器单元个数正使得汽车电子变得越来越复杂,汽车电子的可靠性和安全性受到前所未有的挑战。为了应对这种难以管理的局面,汽车开放系统架构AUTOSAR（AUTomotive Open System Architecture）被提出来以建立一个通用架构。而AUTOSAR OS作为一个实时操作系统需要满足严格的时间约束,系统设计必须经过广泛的验证。调度表机制是AUTOSAR OS提供的一个重要机制,调度表可以静态配置任务激活方式,它在提高任务部署灵活性的同时,也导致其可调度性难以被分析。针对AUTOSAR OS中的调度表机制,通过严谨的数学分析方法可以验证其可调度性。一个基于有向图的形式化模型被提出,用于对调度表进行建模。调度表模型使用一个路径描述其在一个时间段内的运行,通过将路径抽象为运行时间,可以有效分析系统中的任务在一个时间段内被阻塞和抢占的时间。然后使用速率单调分析方法的概念,分析任务是否能在截止时间之内完成。最后在调度表模型的基础上,提供了一个完整有效的算法来分析AUTOSAR OS的可调度性,并且实现了一个AUTOSAR OS可调度性分析工具。基于有向图的调度表模型在恰当地描述了调度表机制时间特性及行为的同时,提供了一个可以有效分析AUTOSAR OS可调度性的方法。这个模型在表现力和分析效率之间取得了平衡,它即能够准确描述系统设计,也提供了有效的可调度性分析方法及工具,帮助开发人员在AUTOSAR OS的设计阶段分析系统可调度性。
欧习洋,王新华,侯兴哲,刘金涛,张进,陈坚[5]（2017）在《嵌入式RTOS在智能电能表中的研究与应用》文中研究指明随着智能电能表功能越来越复杂、灵活性要求越来越高,其暴露出来的软件缺陷问题也越来越多。针对这些问题,研究设计了一种基于嵌入式RTOS的电能表软件实现方案,该方案将电能表软件划分为内核模块、计量模块、主应用模块、扩展应用模块等几个独立的模块,并充分利用嵌入式RTOS在多任务处理及进程间通信等方面的优势,将电能表软件系统进行合理、有序的分层以及模块化划分。通过这种设计方式,既保证了电能表核心功能的稳定、可靠性,同时也兼顾了软件功能易于扩展的灵活性。
刘建东[6]（2013）在《基于RTEMS的任务调度与通信机制的研究》文中提出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。
王溪波[7]（2012）在《复杂实时应用系统设计实现的关键技术研究》文中进行了进一步梳理复杂实时应用系统的成功设计与实现依赖于底层操作系统调度、资源管理机制的支持以及满足关键实时任务资源充分可预知性的编程语言方面的支撑。对于调度问题,理论上,混合动态优先级调度、支持用户级的带宽预留等算法提供了混合调度的最好方法,但是,目前所有实时操作系统均没有提供和实现上述机制。对关键任务的资源充分可预知性实时要求,普通Java平台没有提供任何解决问题的技术手段。本文研究支持复杂实时应用系统设计实现的上述关键技术和实现方法。在操作系统层面上针对多种类型混合任务集调度提出调度策略并在开源嵌入式实时操作系统中设计和实现混合调度算法与资源管理协议,达到复杂实时应用系统硬实时周期任务满足截止期前提下,软实时非周期任务调度性能提升的整体优化调度目标。在编程语言层面,基于普通Java平台,设计实现实时Java中间件组件并给出控制垃圾回收器GC启动时机的方法,实现普通Java平台下线程的可预测运行目标。本文提出基于服务器方式的混合任务集集成调度策略,给出该策略分层调度的设计思想和混合集成调度框架。该策略底层以操作系统内核调度算法（EDF算法最优）调度应用服务器,各应用服务器分层支持多种单一类型的实时调度算法,整体上形成支持混合任务集调度的集成调度框架。在混合调度策略设计实现上,针对静态优先级抢占调度策略的开源操作系统μC/OS-Ⅱ,首先,以不修改内核的用户级调度服务器方式实现了动态优先级EDF算法,其次,提出基于截止期和关键性双参数混合优先级实现分层混合任务调度算法EDIF的设计思想,其中关键性参数作为区分硬实时和软实时任务的分层信息。文中定义了可接受调度概念,给出EDIF调度模型,理论分析了算法的可调度性条件。EDIF算法在μC/OS-Ⅱ中以扩展内核数据结构,修改内核调度器和相关内核函数的方式设计实现。针对开源操作系统RTLinux硬实时任务重载时软实时任务长期得不到响应性能急剧下降问题,本文实现了基于比例带宽服务器（PDBS）的混合任务调度算法。该算法将任务按类型分别存放于不同的队列,不同类型的任务由绑定了处理器比例带宽的应用服务器调度,各应用服务器按比例共享处理器带宽。PDBS实现方法是：扩展内核结构,将RTLinux单一任务队列改为硬实时任务和软实时双任务队列,任务队列间按本文提出的比例带宽服务器容量计算公式计算分配的处理器时间,内核调度器对硬实时任务队列和软实时任务队列进行比例时间片轮转调度。文中给出调度器核心函数和定时器中断处理函数和一些接口函数和相关处理函数的设计实现过程。另外,本文针对工业界广泛应用的开源嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ不支持同优先级任务调度和优先级继承协议的问题,修改μC/OS-Ⅱ内核结构,设计、实现了支持同优先级任务调度的优先级驱动／轮转混合任务集分层调度算法并在其中实现了所有抑制优先级反转的实时设计模式。在普通Java平台实时中间件设计方面,设计目标是确保关键实时线程的运行可预测性。针对等待访问共享资源的Java多线程的不确定性唤醒问题,开发了一个Java实时中间件组件,当共享资源就绪时,该组件可严格按优先级顺序唤醒等待访问共享资源的线程,确保线程按优先级顺序的可预测运行,实现的方法是设计以等比映射扩展了优先级数的可调度类,创建访问共享资源线程的同时为该线程创建一个线程代理,其中包含了所代理线程的唤醒用优先级信息,线程代理集合类负责管理等待访问共享资源的多线程,线程的唤醒按优先级高低顺序在代理集合类中实现,对低优先级Java线程出现的活锁问题,引入实时调度算法LRT动态调整线程优先级,给出了相应的设计和实现方案；针对GC不定期启动影响线程运行可预测性问题,提出周期性提升GC优先级,提前调度GC的解决方案。实现方法是将线程优先级按线程任务的重要程度分为两个等级：关键线程和非关键线程,以虚拟机内存达不到饱和的程度为依据,给出垃圾回收的周期上限TGC计算公式,在运行时间最长不超过TGC的时间内提升GC的优先级为非关键线程的最大值,从而使GC在不影响关键线程运行的情况下能提前回收内存中的垃圾,达到提高通用环境下Java关键线程执行可预测性和实时性能的目的。理论分析和实验结果表明：在新μC/OS-Ⅱ内核中,EDIF分层调度策略、算法设计实现正确、有效,系统超载时（所有任务总处理器利用率>100%）,满足所有硬实时关键任务截止期,软实时非关键任务并不丢弃,而是延迟调度执行,软实时非关键任务完成率大幅度提升了24%,混合任务集整体调度性能优良；在新RTLinux内核中,PDBS算法解决了硬实时任务重载时混合实时任务集调度中软实时任务调度性能的有效提升问题；本文开发的实时Java组件中,优先级等比例映射扩展了普通Java线程优先级数,可明确按扩展优先级唤醒大量等待访问共享资源的线程,达到了Java高优先级关键线程优先访问临界资源、运行可预测的设计目标,通过设计实现优先级动态调整算法,可以有效解决按优先级唤醒的Java中间件活锁问题；周期性提升GC优先级至非关键线程优先级的上限,使GC在不影响关键线程的情况下能提前回收内存中的垃圾,消除了GC对关键线程的不可预测运行延迟。在特定开源操作系统中实现EDIF和PDBS算法验证了基于服务器方式的混合任务集集成调度策略和框架的可行性,为开源实时操作系统μC/OS-Ⅱ和RTLinux支持复杂实时应用系统的设计实现提供了有力的底层技术支撑,Java实时中间件的设计实现为基于网络的Java软实时应用奠定了技术基础。
乔乃强[8]（2011）在《嵌入式实时操作系统分区机制的设计与实现》文中研究表明随着实时计算在众多领域中的渗透,嵌入式实时操作系统的使用越来越广泛,其安全性与可用性也越来越受关注,特别是在对安全性与可用性有着高要求的航空航天领域。传统的嵌入式实时操作系统中的内核和应用都运行在同一特权级,应用的非法操作可能会影响其他应用和内核的正确运行,甚至造成系统崩溃。这已不能满足航空电子系统对高安全性、高可用性的要求。本文提出了一种安全分区机制,为嵌入式实时操作系统中应用与内核提供隔离保护,从而提高系统的安全性与可用性。本文首先对操作系统安全相关的安全控制技术、安全模型以及安全关键操作系统中的隔离技术做了系统、深入的研究。由于美国航电委员会指定的ARINC653标准是本文研究的基础之一,论文对ARINC653标准以及支持该标准的商业操作系统进行了深入分析,并指出现有分区机制存在的不足;在ARINC653分区机制基础之上,提出了具有访问控制的空间分区模型和安全空间分区机制以及具有空闲时间的分区调度模型和空闲时间共享分区调度机制。最后基于RTEMS实现了安全分区机制——安全空间分区机制与空闲时间共享分区调度机制,并从可靠性、性能方面对支持安全分区机制的RTEMS进行了评测,结果表明安全分区机制实现了应用与应用及应用与内核之间的隔离,提高了系统的安全性与可用性。
刘经宇,朱煜,尹文生[9]（2010）在《基于CPN的嵌入式RTOS任务调度建模》文中认为针对有色Petri网（CPN）在并行、并发、资源共享描述上的适用性,将其引入到嵌入式实时操作系统（RTOS）建模中,解决了RTOS任务调度模型中的CPU独占表述、优先级排序、抢占时间处理和周期任务实现问题。对一个优先级抢占式任务调度实例建立CPN模型,结果表明该模型能有效反映RTOS系统的动态特性,准确定量模拟出RTOS系统的效率、切换频率指标。
丁帅[10]（2010）在《面向C8051F的嵌入式操作系统内核设计》文中提出嵌入式操作系统出现于20世纪80年代,它的出现使嵌入式计算机系统在国防、民用等各个领域的应用日益广泛。嵌入式操作系统大大降低了系统的开发强度,缩短了开发周期,便于系统维护和二次开发,同时也提高了嵌入式系统的稳定性和可靠性。本文的研究内容是设计应用于具体硬件环境的嵌入式操作系统。研究、分析了μC／OS-Ⅱ实时操作系统的内核结构并对其加以改进,设计实现了一种面向C8051F的嵌入式操作系统内核micro-K.micro-K适用于中小型测控系统,结构精巧,兼容性强,可移植,可扩展。在micro-K的设计过程中,详细剖析了μC／OS-Ⅱ实时内核的任务管理,优化了优先级位图调度算法,在保证内核已有的特性和优点不受影响的前提下,将μC／OS-Ⅱ支持的最大优先级数由原有的64个扩展到micro-K内核所需的128个。在分析原有任务调度算法和RTOS中经典调度策略的基础上,对内核的调度机制进行改进,优化了C／OS-Ⅱ任务优先级的分配策略,提出了micro-K内核的HP算法,这种算法支持多个任务具有相同的优先级,不同级的任务采用原有的静态任务调度方式,而同级的任务则采用动态调度机制来处理。这样既解决了优先级反转的问题,又有效地改善了任务的调度性能。micro-K仅仅是一个抢占式内核,只有一些基本的功能,如进程调度、任务管理以及内存管理等,不具备用户接口、文件管理和网络通信功能,因此需要对内核进行功能扩展。设计了micro-K内核的外设驱动程序管理层PDML,利用PDML对设备进行统一管理,并在C8051F120硬件平台上对micro-K内核进行测试。实验证明这种实时内核除了具有抢占式内核的优点之外,功能更完善,内核更灵活、高效。
二、嵌入式RTOS中任务调度问题研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、嵌入式RTOS中任务调度问题研究（论文提纲范文）
（1）FreeRTOS在ARM平台的SMP系统方案研究与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 多核操作系统的研究现状及发展趋势 |
| 1.3 主要工作内容及创新点 |
| 1.4 论文结构安排 |
| 第二章 相关技术介绍 |
| 2.1 FreeRTOS |
| 2.1.1 FreeRTOS的系统架构 |
| 2.1.2 FreeRTOS的源码结构 |
| 2.1.3 FreeRTOS的内存管理 |
| 2.2 ARM Cortex A53 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 FreeRTOS SMP方案的研究与需求分析 |
| 3.1 功能性的研究与需求分析 |
| 3.1.1 系统的引导与初始化 |
| 3.1.2 任务管理 |
| 3.1.3 中断处理机制 |
| 3.1.4 核间通信 |
| 3.1.5 核间同步与互斥 |
| 3.2 非功能性需求分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 FreeRTOS SMP方案的设计与实现 |
| 4.1 系统的引导与初始化 |
| 4.1.1 系统启动引导设计 |
| 4.1.2 处理器核心的休眠与唤醒 |
| 4.2 SMP模式任务管理的设计与实现 |
| 4.2.1 全局多级就绪任务队列 |
| 4.2.2 任务调度机制的设计 |
| 4.2.3 任务调度与切换的实现 |
| 4.3 中断处理机制 |
| 4.3.1 中断向量的设置 |
| 4.3.2 中断的开启与屏蔽 |
| 4.3.3 时间片中断的处理 |
| 4.3.4 软件中断的处理 |
| 4.4 核间通信的设计与实现 |
| 4.5 核间同步与互斥的设计与实现 |
| 4.5.1 ARMv8下自旋锁机制的分析与设计 |
| 4.5.2 自旋锁机制的实现 |
| 4.6 SMP任务调度分析与改进 |
| 4.6.1 SMP任务调度分析 |
| 4.6.2 SMP任务调度方案改进 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 测试结果与分析 |
| 5.1 测试环境 |
| 5.2 功能测试 |
| 5.2.1 系统引导与初始化测试 |
| 5.2.2 核间同步互斥测试 |
| 5.2.3 核间通信与中断处理测试 |
| 5.2.4 多核任务调度测试 |
| 5.3 非功能测试 |
| 5.3.1 任务切换时间 |
| 5.3.2 FreeRTOS SMP性能测试 |
| 5.4 测试结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
（2）智能化数控系统任务调度技术的研究与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 数控技术的研究背景及发展趋势 |
| 1.2.1 数控技术的研究背景 |
| 1.2.2 数控技术的发展趋势 |
| 1.3 多核嵌入式数控系统的研究现状 |
| 1.3.1 多核处理器的发展 |
| 1.3.2 嵌入式数控系统的研究现状 |
| 1.4 研究内容和论文组织结构 |
| 第2章 基于多核ARM的数控系统软硬件结构研究 |
| 2.1 智能化数控系统的含义 |
| 2.2 开放式数控系统软硬件架构 |
| 2.3 蓝天NC-200 数控系统软硬件架构 |
| 2.4 蓝天GJ400 数控系统硬件平台 |
| 2.4.1 GJ400 数控硬件结构 |
| 2.4.2 SSB-Ⅲ现场总线 |
| 2.5 多核数控系统硬件架构设计 |
| 2.5.1 多核处理器 |
| 2.5.2 多核开发板 |
| 2.6 软件架构方案设计 |
| 2.6.1 嵌入式操作系统平台的选定 |
| 第3章 实时操作系统技术路线及Linux实时化改造 |
| 3.1 实时操作系统研究 |
| 3.1.1 实时操作系统 |
| 3.1.2 实时操作系统的体系结构 |
| 3.1.3 实时操作系统性能指标 |
| 3.2 Linux实时性的影响因素 |
| 3.3 Linux实时化改造方案 |
| 3.3.1 改进内核法 |
| 3.3.2 双内核改造法 |
| 3.3.3 采用的Linux实时化改造方案 |
| 第4章 多核嵌入式实时系统平台移植 |
| 4.1 宿主机的选择与移植 |
| 4.2 编译环境的移植 |
| 4.2.1 安装交叉编译工具链 |
| 4.2.2 安装依赖包 |
| 4.2.3 编译u-boot |
| 4.2.4 编译Linux-3.0.35 |
| 4.2.5 制作根文件系统rootfs |
| 4.3 安装Preempt_RT实时补丁 |
| 第5章 基于RCS库的分层控制系统 |
| 5.1 RCS库研究 |
| 5.2 CMS |
| 5.3 NML |
| 5.3.1 NML通信机制 |
| 5.3.2 NML消息 |
| 5.3.3 NML缓冲区 |
| 5.3.4 NML进程 |
| 5.3.5 对NML缓冲区的读写 |
| 5.4 基于RCS的分层实时控制系统 |
| 5.5 实时性能实验分析 |
| 第6章 多核系统实时任务调度技术 |
| 6.1 多核实时任务调度的特点和分类 |
| 6.1.1 多核实时任务调度的特点 |
| 6.1.2 多核实时任务调度的分类 |
| 6.2 多核实时任务调度算法分析 |
| 6.2.1 基于复制的任务调度算法 |
| 6.2.2 基于遗传算法的任务调度算法 |
| 6.2.3 基于粒子群算法的任务调度算法 |
| 6.2.4 基于滑动窗口的任务调度算法 |
| 6.2.5 性能测试与结果分析 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）基于STM32的机舱分布式处理系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 论文研究背景与意义 |
| 1.2 机舱DPS系统研究现状与趋势 |
| 1.2.1 研究现状 |
| 1.2.2 发展趋势 |
| 1.3 论文主要工作与结构安排 |
| 2 嵌入式技术理论与系统总体设计 |
| 2.1 嵌入式系统技术基础 |
| 2.1.1 嵌入式系统技术概述 |
| 2.1.2 μC/OS-Ⅲ操作系统分析 |
| 2.1.3 FATFS文件系统研究 |
| 2.2 关键网络通信技术分析 |
| 2.2.1 以太网技术分析 |
| 2.2.2 UDP通信协议 |
| 2.2.3 Socket通信技术 |
| 2.2.4 HTTP通信协议 |
| 2.3 系统总体设计方案 |
| 3 分布式处理系统硬件设计 |
| 3.1 硬件原理图电路设计 |
| 3.1.1 主处理器选型 |
| 3.1.2 电源模块电路 |
| 3.1.3 复位与时钟电路 |
| 3.1.4 数字量处理电路 |
| 3.1.5 模拟量处理电路 |
| 3.1.6 以太网接口电路 |
| 3.1.7 存储模块电路 |
| 3.2 PCB印刷电路板设计 |
| 4 分布式处理系统软件设计 |
| 4.1 系统软件开发环境搭建 |
| 4.1.1 STM32系列开发方式选择 |
| 4.1.2 基于KeiluVersion的开发环境搭建 |
| 4.1.3 STM32F767IGx引导分析 |
| 4.2 系统模块驱动软件设计 |
| 4.2.1 实时操作系统μC/OS-Ⅲ移植 |
| 4.2.2 文件系统FATFS移植设计 |
| 4.2.3 以太网卡W5500驱动设计 |
| 4.3 系统应用软件设计 |
| 4.3.1 系统软件工作流程设计 |
| 4.3.2 系统内部任务介绍 |
| 4.3.3 电源任务设计 |
| 4.3.4 时间任务设计 |
| 4.3.5 数字量采集/输出任务设计 |
| 4.3.6 模拟量采集/输出任务设计 |
| 5 系统测试与分析 |
| 5.1 系统硬件测试与分析 |
| 5.2 以太网模块测试与分析 |
| 5.3 数字量采集与输出测试分析 |
| 5.4 模拟量采集与输出测试分析 |
| 5.5 SD+FATFS读写测试分析 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果 |
（4）基于形式化模型的AUTOSAR OS调度表可调度性分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 汽车电子 |
| 1.1.2 数学方法分析可调度性 |
| 1.2 相关工作 |
| 1.3 本文工作与贡献 |
| 1.4 本文组织 |
| 第二章 问题描述 |
| 2.1 AUTOSAR OS |
| 2.2 传统可调度性分析方法 |
| 2.2.1 利用率分析方法 |
| 2.2.2 阻塞系统可调度性分析方法 |
| 2.2.3 速率单调分析方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 调度表机制及建模 |
| 3.1 AUTOSAR OS任务 |
| 3.2 AUTOSAR OS调度表 |
| 3.3 AUTOSAR OS属性 |
| 3.4 调度表模型 |
| 3.4.1 任务模型 |
| 3.4.2 调度表模型的定义 |
| 3.4.3 调度表模型语义 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 调度表可调度性分析的关键技术 |
| 4.1 调度表机制的特性 |
| 4.1.1 调度表的独立性 |
| 4.1.2 调度表中任务的优先级 |
| 4.1.3 共享优先级 |
| 4.1.4 调度表内阻塞 |
| 4.2 路径的抽象 |
| 4.2.1 终结点实例对作业影响值的计算 |
| 4.2.2 路径对作业影响值的计算 |
| 4.3 需求函数 |
| 4.4 最大需求函数 |
| 4.4.1 最大需求函数的定义 |
| 4.4.2 简化最大需求函数的计算 |
| 4.5 前缀需求函数 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 可调度性分析方法 |
| 5.1 忙碌窗口 |
| 5.1.1 忙碌窗口的概念 |
| 5.1.2 忙碌窗口上限的计算 |
| 5.2 任务可调度性分析方法 |
| 5.3 AUTOSAR OS可调度性分析算法 |
| 5.4 AUTOSAR OS可调度性分析工具 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 多核AUTOSAR OS调度表可调度性分析 |
| 6.1 多核AUTOSAR OS与资源管理 |
| 6.1.1 AUTOSAR OS资源管理 |
| 6.1.2 多核AUTOSAR OS |
| 6.2 多核调度表模型 |
| 6.2.1 多核任务建模 |
| 6.2.2 多核调度表模型的定义 |
| 6.3 多核调度表机制的特性 |
| 6.3.1 调度表所需运行时间 |
| 6.3.2 高优先级任务的阻塞 |
| 6.4 多核调度表可调度性分析方法 |
| 6.4.1 基于多核的影响值计算 |
| 6.4.2 多核调度表可调度性分析关键技术 |
| 6.4.3 基于多核的忙碌窗口上限计算 |
| 6.4.4 多核AUTOSAR OS可调度性分析算法 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表论文和科研情况 |
（5）嵌入式RTOS在智能电能表中的研究与应用（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 软件总体设计 |
| 2 内核模块设计 |
| 2.1 内核模块划分 |
| 2.2 内核组件裁剪 |
| 2.3 驱动接口设计 |
| 3 主应用模块设计 |
| 3.1 主应用模块划分 |
| 3.2 模块执行流程 |
| 3.3 模块间数据交互 |
| 4 扩展应用模块设计 |
| 5 对比与测试 |
| 6 结束语 |
（6）基于RTEMS的任务调度与通信机制的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 嵌入式系统现状综述 |
| 1.2.2 RTEMS 系统研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 1.4 论文的组织结构 |
| 第2章 标准 RTEMS 系统剖析 |
| 2.1 RTEMS 的任务分析 |
| 2.1.1 任务控制块 |
| 2.1.2 任务状态 |
| 2.1.3 任务优先级 |
| 2.2 任务调度算法 |
| 2.2.1 RTOS 任务调度算法 |
| 2.2.2 EDF 和 RM 调度策略 |
| 2.2.3 RTEMS 任务调度算法 |
| 2.3 RTEMS 中断机制 |
| 2.4 RTEMS 体系结构 |
| 2.5 RTEMS 任务调度算法的不足 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 两级调度策略和带宽控制机制 |
| 3.1 需求和目标 |
| 3.1.1 TB-RTEMS 系统的需求 |
| 3.1.2 TB-RTEMS 系统的目标 |
| 3.1.3 TB-RTEMS 系统的体系结构 |
| 3.2 TLSS 调度策略 |
| 3.2.1 优先级管理 |
| 3.2.2 对象管理 |
| 3.2.3 任务管理 |
| 3.2.4 中断管理 |
| 3.3 BCM 控制机制 |
| 3.4 可调度性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于 TB-RTEMS 系统的通信机制 |
| 4.1 信号量管理 |
| 4.1.1 数据结构 |
| 4.1.2 信号量互斥机制 |
| 4.2 消息管理 |
| 4.2.1 数据结构 |
| 4.2.2 消息通信机制 |
| 4.3 事件同步管理 |
| 4.4 信号异步管理 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 仿真实验与结果分析 |
| 5.1 实验环境 |
| 5.2 TLSS 调度策略和 BCM 控制机制的验证 |
| 5.2.1 测试用例 |
| 5.2.2 测试结果 |
| 5.2.3 结果分析 |
| 5.3 TB-RTEMS 系统的通信机制的验证 |
| 5.3.1 测试用例 |
| 5.3.2 测试结果 |
| 5.3.3 结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
（7）复杂实时应用系统设计实现的关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的动机和目的 |
| 1.2 国内外研究现状和发展趋势 |
| 1.3 课题研究内容和设计开发目标 |
| 1.4 论文的结构安排 |
| 第2章 复杂实时应用系统设计实现关键技术综述 |
| 2.1 实时系统 |
| 2.1.1 实时系统的基本概念和分类 |
| 2.1.2 实时系统的组成及其特征 |
| 2.1.3 实时系统体系结构 |
| 2.2 实时调度策略及调度算法 |
| 2.2.1 实时调度相关技术及定义 |
| 2.2.2 基于优先级的调度算法分析 |
| 2.3 资源管理协议 |
| 2.3.1 问题描述 |
| 2.3.2 抑制优先级反转的实时设计模式 |
| 2.4 实时中间件 |
| 2.4.1 中间件 |
| 2.4.2 实时中间件 |
| 2.4.3 对实时中间件的误解 |
| 2.4.4 实时中间件设计原则及实时应用分类 |
| 2.4.5 Java用于实时中间件开发的问题 |
| 2.4.6 Java实时规范 |
| 2.5. 本章小结 |
| 第3章 μC/OS-Ⅱ中资源管理协议实时设计模式的实现方法 |
| 3.1 μC/OS-Ⅱ内核分析 |
| 3.1.1 μC/OS-Ⅱ特点及内核结构 |
| 3.1.2 μC/OS-Ⅱ多任务及任务管理 |
| 3.1.3 μC/OS-Ⅱ任务调度 |
| 3.2 在μC/OS-Ⅱ中实现同优先级任务轮转调度 |
| 3.2.1 实现技术及可调度性分析 |
| 3.2.2 实验结果及分析 |
| 3.3 抑制无限优先级反转实时设计模式在μ C/OS-Ⅱ中的实现技术 |
| 3.3.1 设计和实现方法 |
| 3.3.2 实验结果及分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于服务器方式的分层混合任务实时高度策略 |
| 4.1 基于TBS服务器方法分析 |
| 4.1.1 主要思想 |
| 4.1.2 算法 |
| 4.2 基于TBS服务器策略的集成调度框架 |
| 4.2.1 分层调度的设计思想 |
| 4.2.2 基于TBS服务器的分层混合集成调度框架 |
| 4.3 分层混合调度框架的实现方法 |
| 4.3.1 基于μC/OS-Ⅱ内核实现分层混合任务集调度算法 |
| 4.3.2 在RTLinux中实现基于比例带宽服务器的混合任务集调度算法 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 可按优先级唤醒的实时Java中间件组件 |
| 5.1 警戒挂起模式(Guarded Suspension Pattern) |
| 5.2 问题描述 |
| 5.3 Java线程的等待与唤醒机制分析 |
| 5.4 可按优先级唤醒的Java线程中间件设计 |
| 5.4.1 功能设计 |
| 5.4.2 等比例映射扩展Java优先级 |
| 5.4.3 解决低优先级线程活锁问题的设计方案 |
| 5.5 可按优先级唤醒的Java线程实现 |
| 5.5.1 ScheduableThread类 |
| 5.5.2 ThreadAgent类 |
| 5.5.3 ThreadAgentList类 |
| 5.5.4 Timer类 |
| 5.6 实验结果及分析 |
| 5.6.1 按优先级顺序唤醒实验 |
| 5.6.2 高访问量性能实验 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 基于动态优先级的实时Java垃圾回收策略的方法 |
| 6.1 设计思想 |
| 6.2 垃圾回收的时机选择--GC周期时间上限计算 |
| 6.3 实验验证 |
| 6.3.1 按优先级顺序调度线程实验 |
| 6.3.2 使用finalize()方法透视垃圾回收器的运行状态 |
| 6.3.3 动态优先级GC实验及结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的主要成果 |
（8）嵌入式实时操作系统分区机制的设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 安全操作系统 |
| 1.2.2 安全关键操作系统 |
| 1.2.3 操作系统隔离技术 |
| 1.3 主要的研究工作 |
| 1.4 论文结构 |
| 第二章 相关理论与技术 |
| 2.1 安全策略 |
| 2.1.1 访问控制策略 |
| 2.1.2 访问支持策略 |
| 2.2 安全模型 |
| 2.2.1 Bell-LaPadula 模型 |
| 2.2.2 Biba 模型 |
| 2.2.3 Chinese Wall 模型 |
| 2.2.4 基于角色的访问控制模型 |
| 2.3 时间隔离与空间隔离技术 |
| 2.3.1 调度技术与时间隔离 |
| 2.3.2 内存保护与空间隔离 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于ARINC653 的高可靠嵌入式OS 分析 |
| 3.1 ARINC653 标准概述 |
| 3.1.1 分区与隔离 |
| 3.1.2 通信机制 |
| 3.1.3 健康监控 |
| 3.2 支持ARINC653 的嵌入式 RTOS |
| 3.2.1 VxWorks653 |
| 3.2.2 LynxOS-178 |
| 3.2.3 INTEGRITY-178B |
| 3.3 存在的不足 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 安全分区机制的设计 |
| 4.1 安全空间分区 |
| 4.1.1 具有访问控制的空间分区模型 |
| 4.1.2 安全空间分区机制 |
| 4.1.3 安全空间分区示例 |
| 4.2 空闲时间共享分区调度 |
| 4.2.1 具有空闲时间的分区调度模型 |
| 4.2.2 空闲时间共享分区调度算法 |
| 4.2.3 可调度性分析 |
| 4.2.4 调度示例 |
| 4.3 其他考虑 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 安全分区机制在基于RTEMS 的操作系统中的实现 |
| 5.1 RTEMS 简介 |
| 5.1.1 RTEMS 体系结构 |
| 5.2 RTEMS 下安全分区机制的实现 |
| 5.2.1 域管理模块 |
| 5.2.2 域调度模块 |
| 5.2.3 虚存管理模块 |
| 5.2.4 系统调用接口 |
| 5.3 系统测试与分析 |
| 5.3.1 可靠性测试 |
| 5.3.2 性能测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 后继工作和展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（9）基于CPN的嵌入式RTOS任务调度建模（论文提纲范文）
| 1 概述 |
| 2 有色Petri网 |
| 3 基于CPN的嵌入式RTOS任务调度建模 |
| 4 实例建模与分析 |
| 4.1 任务调度实例的CPN建模 |
| 4.2 模型性质分析及仿真 |
| 5 结束语 |
（10）面向C8051F的嵌入式操作系统内核设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文选题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 发展历程与趋势 |
| 1.4 论文主要内容及结构安排 |
| 第二章 嵌入式操作系统体系架构 |
| 2.1 嵌入式实时操作系统 |
| 2.2 嵌入式操作系统体系架构 |
| 2.2.1 单块结构 |
| 2.2.2 层次结构 |
| 2.2.3 微内核结构(客户/服务器) |
| 2.3 嵌入式操作系统的设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 micro-K嵌入式操作系统内核 |
| 3.1 硬件环境 |
| 3.2 μC/OS-Ⅱ简介 |
| 3.2.1 μC/OS-Ⅱ内核特点 |
| 3.2.2 μC/OS-Ⅱ功能结构 |
| 3.2.3 μC/OS-Ⅱ工作原理 |
| 3.2.4 任务优先级及其分配 |
| 3.2.5 任务调度 |
| 3.3 micro-K操作系统 |
| 3.3.1 micro-K的体系架构 |
| 3.3.2 micro-K的多任务管理 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 micro-K任务调度算法的设计与实现 |
| 4.1 优先级位图调度算法 |
| 4.1.1 任务就绪表OSRdyTbl[] |
| 4.1.2 任务优先级到OSRdyGrp的优先级映射表OSMapTbl[8] |
| 4.1.3 优先级判定表OSUnMapTbl[] |
| 4.1.4 优先级判定表具体的算法分析 |
| 4.1.5 任务进入就绪态 |
| 4.1.6 任务退出就绪态 |
| 4.1.7 获取进入就绪态的最高优先级 |
| 4.1.8 根据优先级获取相应的任务 |
| 4.2 深度优先级调度算法 |
| 4.2.1 设计方案比较 |
| 4.2.2 深度优先级调度算法 |
| 4.3 深度优先级调度算法的性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 micro-K任务分配策略的设计与实现 |
| 5.1 动态任务调度算法 |
| 5.1.1 EDF(最早时限优先)调度算法 |
| 5.1.2 LSF(最短松弛时间优先)调度算法 |
| 5.1.3 HVF(价值最高优先)调度算法 |
| 5.1.4 HVDF(价值密度最大最优先)调度算法 |
| 5.2 调度策略的改进 |
| 5.2.1 调度算法的选择 |
| 5.2.2 任务模型 |
| 5.2.3 任务优先级的设计 |
| 5.2.4 任务优先级的分配 |
| 5.2.5 任务优先级的获取 |
| 5.2.6 调度实现 |
| 5.3 算法评估 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 设备驱动管理设计 |
| 6.1 外设驱动管理层设计 |
| 6.1.1 PDML架构 |
| 6.1.2 外设驱动索引表 |
| 6.1.3 驱动程序表 |
| 6.1.4 PDML中的主要函数 |
| 6.1.5 PDML工作原理 |
| 6.2 底层接口的具体实现 |
| 6.2.1 C805lF120单片机中的A/D转换器 |
| 6.2.2 micro-K下A/D驱动 |
| 6.2.3 micro-K下串口驱动 |
| 6.3 设备驱动程序的编写原则 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 针对micro-K内核的性能测试 |
| 7.1 测试环境 |
| 7.2 micro-K在测试平台上的加载过程 |
| 7.3 micro-K内核的启动与调试 |
| 7.4 测试结果和性能分析 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间公开发表论文及科研情况 |
四、嵌入式RTOS中任务调度问题研究（论文参考文献）
- [1]FreeRTOS在ARM平台的SMP系统方案研究与实现[D]. 郑星. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]智能化数控系统任务调度技术的研究与实现[D]. 张丽鹏. 中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所), 2020(07)
- [3]基于STM32的机舱分布式处理系统设计[D]. 杜长江. 大连海事大学, 2020(01)
- [4]基于形式化模型的AUTOSAR OS调度表可调度性分析[D]. 闫荣堃. 华东师范大学, 2019(09)
- [5]嵌入式RTOS在智能电能表中的研究与应用[J]. 欧习洋,王新华,侯兴哲,刘金涛,张进,陈坚. 电测与仪表, 2017(12)
- [6]基于RTEMS的任务调度与通信机制的研究[D]. 刘建东. 哈尔滨工程大学, 2013(04)
- [7]复杂实时应用系统设计实现的关键技术研究[D]. 王溪波. 东北大学, 2012(07)
- [8]嵌入式实时操作系统分区机制的设计与实现[D]. 乔乃强. 南京航空航天大学, 2011(11)
- [9]基于CPN的嵌入式RTOS任务调度建模[J]. 刘经宇,朱煜,尹文生. 计算机工程, 2010(21)
- [10]面向C8051F的嵌入式操作系统内核设计[D]. 丁帅. 山东理工大学, 2010(12)