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随着嵌入式技术的发展以及应用背景要求的提高,对嵌入式系统的资源分配、调度也有了更高的要求。需要在嵌入式操作系统的设计和实现中充分考虑不同应用对系统中各类有限资源的使用,对于不同的应用定制不同的资源分配方案,协调系统中的有限资源,在满足应用的QoS等级需求的同时提高系统资源利用率。现有的嵌入式操作系统中资源管理与分配策略多是在通用操作系统(GPOS)资源调度基础上演化而来的,对于嵌入式系统并没有很强的针对性。现有的策略对系统中单一资源的分配可以实现最优的分配算法,但是涉及到嵌入式系统中的多种资源协调配合时,它就不能很好的解决不同应用间对资源的竞争和共享这一问题。本文针对嵌入式系统的资源分配特性提出ASQMA资源管理模型,试图从整体角度协调实现系统中多重资源的宏观优化调度。
目前,对于ASOS系统的研究主要集中在ASOS系统体系结构的构建模式:UML建模、组件技术、模式生成方法;以及ASOS系统中的各种实时调度算法:最优双优先级调度算法、二级层次反馈调度算法等。但是它们只是对于系统中的静态任务集调度有很好的调度性能,并没有考虑任务在运行时对于系统计算资源需求的动态变化。结合嵌入式系统中存在的大量动态变化任务集的特点,本文主要以系统资源管理为切入点对ASOS系统进行研究,在研究实时任务的调度算法时,针对弱硬实时任务的特性,以最优双优先级调度算法、二级层次反馈调度算法为基础,对任务的实时特性进行细化分析,对软实时任务的时间约束限制进行了量化定义,并以此为基础设计了针对CPU资源的动态调度算法,这样就能有效的处理系统中的动态任务集或混合类型任务集,从而弥补上述两种算法的不足。
本文借鉴了网络通讯中服务质量(QoS)的概念,将QoS引入到嵌入式系统的网络带宽和CPU资源的分配、调度和协调管理中。在王飞跃教授提出的ASOS理论框架内,提出了基于QoS资源管理的ASOS系统资源管理模型ASQMA框架。在ASQMA内,对嵌入式操作系统中两个重要的共享资源:网络带宽和CPU处理,提出了动态QoS调度分配算法。
本文的创新性工作和主要研究内容,总结如下:
1)在ASOS系统模型框架内,提出了ASQMA(Application Specific QoS Management Architecture)系统资源管理模型。它通过分布式的QoS管理结构实现了ASOS对系统中资源的灵活配置和动态自适应调整,并以linux为ASOS实现蓝本,通过动态模块加载机制实现了系统中不同资源的协调管理与分配。
2)本文提出了适用于网络带宽资源分配的DQA(动态QoS调度)算法。以网络数据包调度为研究对象,DQA调度可以对有不同服务质量要求的数据流进行有效的调度,限制有限连续数据包传输中出现误失截止期限的数据包数量,同时DQA调度依据数据包的传输性质不同可以分别实现静态或动态优先级的网络带宽资源分配。
3)针对ASOS系统中任务对CPU资源需求的特性,对DQA调度进行改进,使其适应CPU进程调度的需求,并在linux操作系统调度基础上实现了对DQA调度算法的移植。通过对实时任务在DQA模型下截止期限的不同定义,设计了三类不同的DQA算法实现,在算法中也同时实现了系统出现超负载运行情况下的QoS等级自适应调整策略,使DQA进程调度适应ASQMA结构的要求,可以无缝的链接到ASQMA资源管理模型中。