嵌入式系统在不同场景下具有不同需求。硬实时应用环境下对嵌入式系统具有更高的要求,高安全性和高可靠性成为除了高性能之外的必要需求。这类系统如航空航天控制系统、核电站控制系统等对时间的要求非常苛刻,错失任务截止时间往往导致灾难性的后果。因此此类系统中以时间作为核心的设计方法逐渐被重视。在编程模型层和体系结构层,高精确时间、高可重复性的设计成为当前嵌入式研究领域热门之一。本文为操作系统层面的时间行为研究,主要工作包括:(1)提出了程序在操作系统环境下时间可预测性的定义方法及评估手段。本结合程序时间可预测性的定义,分析程序执行时间变化的影响因子,提出了程序在操作系统下时间可预测性的定义及测量方法,结合分析给出程序时间可预测性粒度划分方法。(2)分析了传统操作系统对时间可预测性的影响以及服务体执行流模型中消息推动机制所带来的优势和不足,并分析了编程模型对系统执行的影响及面向服务编程模型的优势。(3)着重设计了基于精确时间平台FlexPRET的操作系统PRET-Minicore。针对FlexPRET中多硬件线程、硬件调度、时间确定执行等特性,设计了多执行流编程模型、软硬结合的调度策略以及更为高效的通信机制,通过上述设计使得Minicore能够在PRET上运行。同时保持了服务体执行流中核心的消息推送机制。(4)最后提出了基于此平台的系统设计流程框架。讨论了设计工具Ptolemy以及代码生成方法,结合著名的TBD(Tunnel Ball Device)平台进行实验设计,从实验结果可以看出,服务的执行时间严格按照精确时间设定执行,满足设计要求。