嵌入式实时操作系统是嵌入式系统的基础软件平台,它必须具有实时性好,稳定性高,可移植性强,通用性好并且针对具体的应用可裁减可配置的特点。本论文的研究工作在于设计并实现一个高性能的嵌入式实时操作系统——Skernel。 本论文在研究嵌入式操作系统设计理论的基础上,分析了具体的设计问题,并根据嵌入式系统应用的特点,提出了一个相比同类嵌入式操作系统较优的内核设计方案:基于微内核构架,实时性好,系统服务完备,支持多达256个任务,支持多处理器,兼容标准操作系统调用接口规范,可裁减可配置。在设计过程中,引入了面向对象的思想,内核中的许多模块被看作同一个对象——事件,这使得内核的抽象程度更好,结构更清晰。 为了验证Skernel的实际运行特性,本论文在FPGA平台上构建了准对称NiosⅡ双核系统,并对多核处理器启动、处理器间通讯、互斥等方面的问题进行了探索和研究。 在Skernel的实现过程中,对Bitmap算法进行了改进和优化,使得Skernel支持的任务数达到了256个,但却没有增加系统开销,也不影响系统调度的实时性;引入了老化算法,解决了优先级调度中的饥饿问题;使用优先级天花板策略解决了优先级反转问题,而这些问题是现今大多数嵌入式操作系统所没有解决的。经过裁减,Skernel的最小代码量(32位处理器)不到3.5KB,这在同类操作系统中算是非常小的。另外,Skernel的中断处理器方式简单高效,使得Skernel的中断响应时间在微秒级,这表明Skernel的实时性在同类操作系统中是非常好的。 最后,Skernel成功的移植到NiosⅡ处理器上,并在NiosⅡ上实现了非对称多处理的任务调度,实现了预期的设计构想。