伴随嵌入式物联网技术的迅猛发展以及系统用户对性能需求的逐步增长,现有同构多核架构平台的嵌入式系统很多性能都难以达到继续增多的性能要求,由此科研人员把方向转至异构多核架构。操作系统体系结构是整个异构系统最重要的部分,是其他核心模块的基础,其申明了系统内核与其他模块架构联系、软硬件间的差异和系统内核同应用服务程序的接口。系统体系结构也是保障系统架构移植性、拓展性、稳定性、安全性等特性枢纽。因此本文依据异构多核处理器特性和微内核系统应用需求,对体系结构进行优化设计,构建更为高效的嵌入式微内核系统。本文主要的研究工作如下:(1)针对支持异构多核的嵌入式微内核体系结构总体架构设计,本文提出了将分离多主模型的概念作为设计本文微内核体系结构的总体架构。在每个处理器内核上运行一个操作系统内核,各个内核都能够作为主核完成对核心模块、应用程序的稳定分配管理,并且该架构能更好地利用不同结构的处理器内核,从而有效地提高了本文设计的微内核操作系统的实时性能。(2)针对本文体系结构总体架构中的核心模块设计,在进程间通信方面,本文设计出一个基于事件任务映射表模型作为异构核间的通信机制,解决总体架构中异构核之间的进程通信困难问题,提升异构核进程间通信速度;在内存管理方面,提出了一种基于预测内存块的时间长短的动态内存分配策略,该策略通过预测对象时间长短来判断短暂的对象,并在堆内存的一侧分配这些对象,然后在堆内存的另一侧分配剩余对象,算法使用增强的多级分离机制、查找表和分层位图以有效利用内存占用,确保非常好的响应时间以及可靠的时序性能;在进程线程设计方面,设计了一个具备双堆栈共享的线程/进程模型,实现了两者切换地址空间保护机制,也能较大程度地削减地址空间切换的系统开销。最后将μC/OS-II微内核系统移植到Microsoft Visual Studio 2010中并进行相关修改和拓展,通过Message-Passing Interface软件搭建异构多核模拟平台,把本文设计性能测试程序分别放置于原μC/OS-II微内核系统和本文设计体系结构架构,在本文实验平台中分别执行程序,运行结果证明了本文改进的体系结构在实时性能上更为高效,在很大层次上提高了系统的运行能力。