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基于嵌入式Linux的仪器操作系统的研究

于晓  
【摘要】: 随着测量技术的发展,更多的仪器需要安装操作系统。目前仪器采用的操作系统主要有两类:桌面计算机使用的操作系统和嵌入式操作系统。桌面使用的操作系统主要以Windows系列为主;嵌入式操作系统主要以商业嵌入式操作系统为主,如Vxworks、WindowCE等。它们都有较高的许可证使用费用,极大地增加了产品的成本。Linux作为操作系统的后起之秀,以其开放源代码、免费、支持多种硬件平台、模块化设计、对网络支持好等优点,逐渐受到开发者的重视,现已成为开发的热点平台。 论文针对Linux在仪器这类嵌入式系统移植过程中的关键技术从理论方法到实际应用等方面进行了研究和解决。主要内容有:内核实时性增强、偏序的周期任务可调度性判定、嵌入式网络系统、基于Linux系统的仪器网络安全、基于嵌入式Linux的微波信号发生器的软件设计、基于Linux系统的坐标测量机对凸轮轮廓曲线的检测等。主要成果有如下内容: 内核实时性增强的研究。Linux系统的实时性能不足。多数仪器的实时性要求并不强,属于软实时系统。本文通过在内核中增加抢占点的方法,实现了具有可剥夺性的新内核,并进行了实验测试。结果表明:该方法有效地增强了内核的实时性,拓宽了内核的适用范围,可以满足一部分仪器的需要。 偏序的周期任务可调度性判定。任务的可调度性不但与调度算法有关,还与任务集中优先级的安排有关。对于静态调度(如RMS)而言,开销较小是它的优点,但灵活性较差。动态调度(如EDF)开销较大,但可调度性能优于静态调度。并通过举例来说明。目前多数嵌入式系统中采用仍是静态调度。在测试系统中,大量存在着偏序的严周期任务和非周期任务,本文对此类任务间的可调度性提出了判定算法。 嵌入式网络系统的研究。本文用网络缓冲区静态分配代替原系统中的动态分配以及通过虚拟内存操作代替原来的内核到用户空间的拷贝等技术,在不影响网络正常传输和编程模型的前提下,来提高Linux网络系统的性能,减少数据传输时内存之间的拷贝,使其适应仪器网络化的需求。 基于Linux系统的仪器网络安全的研究。本文从网络仪器的访问控制和审计两方面入手,做了有益的探索。访问控制可使非法用户无法获取网络仪器的资源,同时防止未授权用户获得超出他权限的资源。网络仪器的审计又可使使用者受到监督,防止用户耍赖。这两种技术的实现都是基于Linux系统提供的LSM框架,并在此基础上作了修改和创新,同时实现了Linux系统审计的轻量化和可控化。文中还设计了一种基于网络的3G信号发生器的框架结构,在网络仪器的应用化方面做了一些探索。 实现Linux系统在微波信号发生器AV1486上的移植。内容包括Av1486的编程模型、键盘驱动的实现、YTO驱动的实现、信号源点频功能的实现、GUI的设计等,并进行了测试和比较。 基于Linux系统的坐标测量机对凸轮轮廓曲线的检测。本文提出了一种凸轮曲线的检测方法,其中基圆圆心的确定和开关式球侧头的修正是重点。使用该方法,可以从凸轮任意位置开始检测,仅测量一次凸轮轮廓,所有的测量数据均用于建立被测凸轮的工件坐标系,并可使测量误差、形位误差对凸轮工件坐标系建立的影响降低至最小程度。


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