【摘 要】
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随着航天工作的任务越来越复杂,技术要求也逐渐提升。为了提高航天器的实时性与稳定性,减少软件系统延时对航天器的影响,实时操作系统被广泛地研究与应用。SPARC架构作为国际上航天设备通用的处理器体系架构,能够精简、高效地处理程序指令,避免了嵌入式系统指令冗余带来的执行效率低下的问题。其中,多核SPARC架构因为其易于扩充、性能高效、低功耗等特点受到广泛关注。因此对多核SPARC下的实时调度方法进行研究
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随着航天工作的任务越来越复杂,技术要求也逐渐提升。为了提高航天器的实时性与稳定性,减少软件系统延时对航天器的影响,实时操作系统被广泛地研究与应用。SPARC架构作为国际上航天设备通用的处理器体系架构,能够精简、高效地处理程序指令,避免了嵌入式系统指令冗余带来的执行效率低下的问题。其中,多核SPARC架构因为其易于扩充、性能高效、低功耗等特点受到广泛关注。因此对多核SPARC下的实时调度方法进行研究具有重要意义。本文首先对多核操作系统实时任务调度进行深入的研究,介绍了实时任务的主要参数及约束条件。通过对调度算法利用率边界的计算对比,分析了多核操作系统下几种实时调度算法的可调度性,并对负载均衡流程进行设计。同时,根据硬实时系统所要求的时间约束,分析了多核操作系统的同步机制、中断处理机制等对实时调度的影响。接着对一种结构简单且专注于任务管理调度的实时内核Free RTOS进行移植。基于多核SPARC处理器特性,对该嵌入式实时操作系统内核配置进行修改,搭建了编译环境,完成内核初始化设计。制定了硬件描述层的修改方案,包括节拍定时器设置、调度器启动和上下文切换等。通过互斥锁结构实现了多核共享资源互斥与临界区的保护。选用优先级继承协议确保关键任务的正常运行,不被阻塞,保证了实时性。采用处理器亲和机制实现了多核下的负载均衡,支持任务绑定处理器或随机运行。最后在模拟器以及搭载了多核SPARC处理器的FPGA上对移植后的Free RTOS进行功能和性能上的测试。完成了多核SPARC处理器的操作系统多核启动与调度。对多任务调度、实时抢占、信号同步以及优先级翻转功能进行测试,测试结果正确。对调度延迟进行测试,测得在系统频率50MHz下平均延迟为75μs,符合实时操作系统要求。
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