收藏本站
《中国科学院研究生院(软件研究所)》 2003年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

RFRTOS——基于Linux的QoS实时操作系统

赵慧斌  
【摘要】: 实时操作系统不同于通用操作系统之处在于系统的正确性不仅依赖于计算结果的正确性,还取决于输出结果时间的及时性。传统实时操作系统普遍属于硬实时,即系统必须满足所有计算结果的正确性和输出结果的时间正确性,否则可能出现灾难性的后果,此类系统适用于某些专用的场合如医疗设备、核电站控制、航空航天等。而另一方面,计算机的发展和可用外设资源的日益增多,过去只能在通用操作系统平台上实现的功能,如今嵌入式系统也需要,同时一些桌面系统也开始有部分实时要求。由此建立了一个新兴的实时领域——软实时操作系统。 软实时应用在时间正确性上没有传统硬实时要求苛刻,偶尔的超时是可以接受的,但要求更为广泛的功能支持,包括文件系统、网络用户界面、和数据库系统等扩展功能。但软实时在资源管理方面与传统实时相比,则显得较为松散,造成了许多情况下,实时特性难于体现的情况。为满足国内工控嵌入式、多媒体等领域的需要,本论文在研究了相关的实时系统和Linux本身的特点之后,结合了硬实时和软实时的某些优点,提出了基于面向QoS(Quality of Service)服务的实时操作系统的概念。 面向QoS的实时操作系统不但可以提供与通用操作系统同样丰富的系统调用和服务,且在开发方式上较传统实时操作系统更为简单。与此同时,在系统服务精度上如时钟管理、中断管理和进程调度等方面则接近传统实时操作系统。基于这种思想,我们开发了基于Linux的RFRTOS(RedFlag Real-Time Operating System)实时操作系统。 本人在开发RFRTOS的过程中,主要在以下三方面作了研究: □ 提高核心可抢占性。与传统是实时核心通过对系统服务的限制来达到快速响应的方法不同,QoS实时应保持系统服务的完整,在这种情况下,核心可抢占精度就成为决定系统服务精度的一个较为重要的指标,而这也是RFRTOS研究的重点,RFRTOS通过以下几个方面工作达到了基于中断服务精度的可抢占核心: ● 核心服务进程化。Linux基于宏核心的设计哲学,核心服务,包括中断处理、底半和信号处理等只有核心空间,没有进程空间,且默认具有最高的运行级别。该设计思想由于系统整体效率较高、实现简便而在通用操作系统的设计中普遍采纳;但在实时应用中,这种粗糙的核心服务粒度将造成难以预期的任务服务延迟。而将核心服务进程化,使后台的系统服务调度上可见,就增加了核心的运作的可控性,提高响应精度。 ● 基于信号量的互斥锁和优先级继承协议(Priority Inheritance Protocol,PIP)或优先级冲顶协议(Priority Ceiling Protocol,PCP)的支持。互斥条件可能造成优先级反转现象,造成高优先级任务不可预期的时延,而 中科院软件所博士论文 RFRTOS一一基于Linux的QoS实时操作系统 基于信号量的互斥锁和基于该互斥锁机制的优先级继承协议或优先 级冲顶协议可以解决这一问题。 .中断处理级的调度时机细化。采用宏核心的设计原则导致Linux在调 度时机上是核心服务级的,即如果存在一个未完成的系统服务,则不 进行调度。而RFRTOS在核心服务进程化的基础上,进一步增加了 调度时机的粒度,以外部事件为调度触发点,每次在中断处理返回是 判断是否需要调度,实现了中断处理级的调度时机细化,增加了系统 响应精度。 口时钟管理的精度细化。时钟作为操作系统的脉搏,是协调系统运作的一 个重要依据,一般系统的时钟频率是固定的。而尽管较快的时钟频率可 以提高服务精度,但将增加系统负担。RFRTOS采用了根据应用需求调 整的动态的时钟精度,较好地解决了系统服务精度和额外负载的矛盾。 口多调度策略支持和资源核心的框架实现。实时应用和非实时应用之间、 实时应用之间,甚至非实时应用之间,对系统调度的侧重均可能存在差 异,单一的调度机制难于满足应用的多方面要求,增加灵活的调度机制 支持成为现代操作系统必须考虑的问题之一。RFRTOS在卡内基.梅伦大 学的实时多媒体实验室提出的资源核心的思想之下,构建了基于优先级 的多调度策略支持的调度机制。RFRTOS提供了基于资源观点的调度, 改变了传统操作系统的面向服务的理念,为Qos的服务支持提供了调度 接口。 另外,在开发RFRTOS中,我们实现了读锁机制,并提出了非独占锁的优先 级继承协议,扩大了基本优先级继承协议的适用范围,改进了互斥锁的效率。 我们通过测试证实了改进的合理性,目前RFRI,05已经作为红旗公司产品投 入市场销售。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(软件研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP316

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 袁辉建;嵌入式LINUX的实时性增强及其在测控系统中的应用[D];重庆大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐亚妮,韩力群,赵霞;64位LINUX文件系统的分析及优化设计方案[J];北京工商大学学报(自然科学版);2002年01期
2 王艳春,崔洪启,陈毓,李晓荣;Linux虚拟文件系统分析[J];长春理工大学学报;2005年01期
3 王艳春,颜艳,李晓荣;Linux进程调度程序剖析[J];长春理工大学学报;2005年03期
4 庞明勇,卢章平;Linux操作系统的系统调用机制[J];电脑开发与应用;2000年12期
5 鲍忠贵;Linux操作系统中断与I/O设备驱动程序设计与实现[J];飞行器测控学报;2000年02期
6 赖松林;Linux系统设备驱动程序设计一例[J];福州大学学报(自然科学版);2001年03期
7 涂刚,阳富民,卢炎生;基于动态优先级策略的最优软非周期任务调度算法[J];计算机研究与发展;2004年11期
8 孙为清,赵轶群;一种基于LINUX的VPN服务器(VS)的设计和实现[J];计算机工程与应用;2002年01期
9 王光彩,黄清华,顾君忠;基于Linux的文件系统对连续媒体的支持[J];计算机工程;2001年03期
10 王晓东,尹凌,毛卫良,盛焕烨;Linux嵌入化初步[J];计算机工程;2001年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马恒太;基于Agent分布式入侵检测系统模型的建模及实践[D];中国科学院软件研究所;2001年
2 陈宇;高可靠容错实时系统的支撑技术研究[D];电子科技大学;2001年
3 邢建国;一类严格反馈非线性系统鲁棒控制及其在汽车巡航控制中的应用[D];浙江大学;2002年
4 王堃;基于异构系统的实时数据处理[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2002年
5 王永炎;实时事务并发控制算法优化[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2004年
6 陈慧;实时宽带现场网络技术研究[D];电子科技大学;2004年
7 杨仕平;分布式任务关键实时系统的防危(Safety)技术研究[D];电子科技大学;2004年
8 涂刚;软实时系统任务调度算法研究[D];华中科技大学;2004年
9 陈积明;弱硬实时系统及其调度算法[D];浙江大学;2005年
10 朱响斌;开放式实时Linux的研究与设计[D];复旦大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郑良辰;日志文件系统在嵌入式存储设备上的设计和实现[D];中国科学院软件研究所;2001年
2 楚育军;基于实时内核的嵌入式网络通信系统研究与设计[D];华中师范大学;2001年
3 高峰;嵌入式实时多任务微内核核心研究[D];电子科技大学;2001年
4 范明惠;视频点播分布式操作系统中任务调度的设计与实现[D];电子科技大学;2001年
5 付炜;智能图像监视系统及网络应用研究[D];电子科技大学;2001年
6 李超;ADSL网络设备Linux系统驱动程序的研制[D];西北工业大学;2001年
7 王华萍;基于Linux的嵌入式系统研究及防火墙应用[D];浙江大学;2002年
8 武进峰;基于HDTV信源解码芯片的RTOS存储管理的设计与实现[D];浙江大学;2002年
9 顾喜梅;文件系统及磁盘管理实现机制深入研究[D];南京航空航天大学;2002年
10 陈昌容;战略网与指挥所互联网关模型在RTLinux下的研究与实现[D];电子科技大学;2002年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 康望星,马光胜,黄烨明,芦东昕;嵌入式Linux的中断处理技术研究[J];信息技术;2005年08期
2 张广立 ,谈世哲 ,杨汝清;基于Windows NT的开放式机器人控制系统[J];机器人;2002年05期
3 任旭龙;周纬杰;;基于嵌入式Linux操作系统内核实时性的改进方法研究[J];计算机工程与科学;2006年01期
4 王志颖,马卫东;Linux系统下RS-485串行通信程序设计[J];计算机应用研究;2002年02期
5 翟鸿鸣;Linux系统实时性能增强方法的研究[J];微机发展;2003年S1期
6 刘军芳;李众立;胡和智;;基于s3c2410开发板的Boot Loader的启动分析[J];微计算机信息;2006年17期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 陈晗斐;实时操作系统的若干关键问题研究[D];浙江大学;2004年
2 李慕君;基于PC/Windows环境的电力系统动态数字实时仿真系统研究[D];同济大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王耿;基于Linux实时软件的研究[D];西北工业大学;2002年
2 陈尚俭;基于UPnP的设备故障监测诊断系统[D];浙江大学;2005年
3 张义磊;基于S3C2410嵌入式工业控制器的关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
4 万涛;基于Jini的分布式系统设备加入技术研究与实现[D];南京航空航天大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘军;;分布式数控系统中实时操作系统研究[J];微型机与应用;1992年05期
2 张建国;;实时操作系统的性能评价[J];软件;1995年01期
3 王志,张旭,梁力,李建辉;实时操作系统下的双网通信[J];水利水电技术;1996年05期
4 刘钰峰,李仁发,莫铁强,孙婷;实时操作系统仿真环境的UML建模[J];系统仿真学报;2002年06期
5 刘辉,王遵立,刘维亚;嵌入式实时操作系统在时钟控制器中的应用[J];长春理工大学学报;2004年02期
6 王慧娇,董荣胜,蔡国勇,古天龙;嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ在ARM处理器上的实现[J];计算机与现代化;2005年03期
7 李玉深,周祖洋,万杨;实时操作系统Vxworks下的异常处理[J];应用科技;2005年05期
8 陈新;唐震洲;胡倩;;VxWorks操作系统下IO设备驱动的开发[J];大众科技;2006年07期
9 杨尚罡;黄席樾;李宝林;张伟;;基于DSP/BIOS的隧道视频监控系统[J];重庆大学学报(自然科学版);2006年07期
10 吕锋;徐徐;郭海斌;;基于RTX51的光子嫩肤机嵌入式控制系统的设计[J];微计算机信息;2006年26期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 彭玉灵;;嵌入式实时系统及中国RTOS的发展[A];中国自动化学会、中国仪器仪表学会2004年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2004年
2 辛庆勋;金伟正;;μC/OS-Ⅱ实时操作系统时钟节拍的改进[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年
3 钟磊;李湘宁;黄中和;郁飞龙;;基于DSP的红外摄影验光系统设计[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(3)[C];2008年
4 梁冰;胥布工;;嵌入式实时操作系统VxWorks中液晶模块的应用[A];中南六省(区)自动化学会第24届学术年会会议论文集[C];2006年
5 周伟;;基于可预测性的实时操作系统安全性技术研究[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
6 罗逸苇;张立强;王斌修;;用嵌入式实时系统构建电加工智能电源[A];第十届全国特种加工学术会议论文集[C];2003年
7 王方勇;朱维涛;徐礼春;;基于嵌入式实时操作系统的硅片传输系统设计[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
8 吴永超;王增平;;嵌入式实时操作系统Vxworks在微机保护中的应用[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集(上册)[C];2008年
9 严隽薇;吴启迪;;现代制造技术中控制系统面临的新问题[A];1992年中国控制与决策学术年会论文集[C];1992年
10 刘凌;李雪峰;汪伟;;基于分布式网络的电动汽车多能源动力总成控制系统[A];2002中国电动汽车研究与开发[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 法国电信北京研究中心开源实险室 黄思源;未来手机操作系统格局分析[N];中国电子报;2005年
2 ;大唐移动与ExpressLogic公司开展合作[N];人民邮电;2006年
3 广东省电信科学技术研究院多媒体部 卢燕青 张宇飞;实时操作系统任务间通信的设计与分析[N];中国计算机报;2000年
4 杨雨;“嵌”载奇遇[N];计算机世界;2006年
5 Ira brodsky;谁将占领移动应用市场[N];网络世界;2007年
6 剑鸣;Sun带来多线程冲击[N];计算机世界;2007年
7 记者  张燕 本报通讯员  朱伟民;32所:自主创新填补国内空白[N];中国电子报;2006年
8 ;全球速度最快的商用微处理器面市[N];人民邮电;2007年
9 ;企业接入高速安全[N];网络世界;2004年
10 华东计算所副总工程师、国家“核高基”科技专项实施专家组成员 张激;大力发展国产汽车软件[N];文汇报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵慧斌;RFRTOS——基于Linux的QoS实时操作系统[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2003年
2 秦承刚;开放式数控系统的实时操作系统优化技术研究与应用[D];中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所);2012年
3 高丰;基于SOC的实时操作系统的研究[D];浙江大学;2002年
4 陈晗斐;实时操作系统的若干关键问题研究[D];浙江大学;2004年
5 刘峙飞;工业平缝机伺服控制系统研究[D];浙江大学;2005年
6 徐永健;SAR实时并行成象系统研究[D];中国科学院电子学研究所;2001年
7 范尊强;新型压电送料器的研究[D];吉林大学;2008年
8 邱卫东;实时操作系统协同设计中的若干问题研究[D];复旦大学;2005年
9 余顺周;编译型数控系统及其关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 朱响斌;开放式实时Linux的研究与设计[D];复旦大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 惠孛;嵌入式实时操作系统在无线抄表系统中的研究和应用[D];电子科技大学;2004年
2 朱忠武;新型智能仪器远程重构的设计及研究[D];电子科技大学;2005年
3 申斌;馈线远方终端之CPU模块的研制[D];山东大学;2005年
4 丁国超;μC/OS-Ⅱ实时操作系统在ARM微处理器上的移植[D];哈尔滨理工大学;2005年
5 王文辉;基于PowerPC和uC/OS-Ⅱ的一种嵌入式系统[D];西北工业大学;2006年
6 王彬;基于以太网技术的现场设备监控系统的研究与实现[D];武汉理工大学;2006年
7 王青叶;基于远程采抄系统的无线数据终端设计研究[D];天津工业大学;2006年
8 郝慧锋;基于PIC18F458的嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ的移植与测试[D];西华大学;2006年
9 杨永明;基于OSEK/VDX规范的实时操作系统内核的设计与实现[D];东北师范大学;2006年
10 刘莉;基于实时Linux的调度方法研究[D];沈阳工业大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026