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嵌入式系统在工业控制、国防安全、航空航天、医疗器械等领域得到越来越广泛的应用,高性能嵌入式实时系统逐渐成为一种趋势。目前,国内的高性能嵌入式实时系统大部分采用国外的处理器芯片。采用国产龙芯3A四核处理器设计嵌入式实时系统具有较强的研究价值和广泛的应用价值。
VxWorks和嵌入式Linux是两款典型的嵌入式操作系统,各具有鲜明的特点,代表嵌入式操作系统的两个典型方向。本文的目标就是从实时性能非常好的VxWorks以及从高性能的嵌入式Linux分别实现基于龙芯3A的高性能的嵌入式实时系统。
本文的主要工作和创新之处包括:
1)基于龙芯3A四核处理器,成功移植了VxWorks6.7SMP系统。从激活四个CPU核心、基于龙芯3A自定义处理器核心号的返回、TLB表项的设置和替换、两级交叉开关(XBAR)的地址路由和地址配置、中断路由、中断处理和中断分配这几个方面进行了具体的移植工作。
2)基于龙芯3A四核处理器,优化了VxWorks6.7SMP系统。在分析了VxWorks6.7单核版本的调度器和SMP版本的调度器的基础上,提出了采用全局队列模型和逐核队列模型相结合的多任务分配算法。在优化后的多任务分配算法的基础上,借鉴了“银行家算法"的思想,优化了基于龙芯3A的VxWorks6.7SMP系统的子任务的调度,充分考虑了嵌入式实时操作系统要求低延迟、低负载盼设计思想。
3)通过对实时调度器的调度策略进行扩展,对基于龙芯3A的嵌入式Linux系统的实时性能进行了优化。
4)对优化后的基于龙芯3A的VxWorks6.7SMP系统,以及优化了实时性能的基于龙芯3A的嵌入式Linux系统分别进行了测试,在对测试结果进行分析和总结的基础上,提出了下一步的系统优化方案和研究方向。