基于ARM Cortex-A9 MPCore嵌入式多核操作系統(tǒng)內(nèi)核研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，相較之4、5年前，多核處理器價(jià)格已經(jīng)十分低廉，并且在linux、android等操作系統(tǒng)的支持下，大到汽車多媒體系統(tǒng)，小到智能手表，無不在通過一塊多核芯片為人們帶來高效與便捷的服務(wù)。然而對(duì)于多核處理器及其操作系統(tǒng)原理研究卻不像單核時(shí)代那么簡(jiǎn)單。一方面芯片廠商對(duì)產(chǎn)品部分資料保密，并且不提供裸板級(jí)的開發(fā)支持。另一方面支持多核的嵌入式操作系統(tǒng)及其資料雖然有很多，但大多只提供應(yīng)用級(jí)開發(fā)支持與說明，對(duì)其內(nèi)核原理分析非常有限

2、。這些問題都為研究多核硬件原理以及多核操作系統(tǒng)技術(shù)帶來了不便，也是高校中，嵌入式課程與實(shí)踐中多核技術(shù)教學(xué)缺乏、多核技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)很少采用真實(shí)硬件的重要原因之一。
　　為改善上述狀況，本論文選擇以搭載有ARM Cortex A9 MPCore雙核的Zynq-7000平臺(tái)作為硬件研究對(duì)象，深入分析了多核處理器中多cpu協(xié)同工作原理。同時(shí)對(duì)單核嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)ucos-iii各功能模塊的實(shí)現(xiàn)原理與工作流程進(jìn)行了深入研究，并對(duì)其啟動(dòng)、任務(wù)

3、管理、互斥同步、中斷管理和時(shí)鐘管理的smp支持性進(jìn)行了分析。隨后結(jié)合smp對(duì)稱多處理器操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，提出與設(shè)計(jì)了對(duì)ucos-iii進(jìn)行smp擴(kuò)展的方案。
　　本文首先通過將多核核間中斷與內(nèi)存共享相結(jié)合，設(shè)計(jì)了核間通信機(jī)制。然后在任務(wù)管理方面，提出采用Per-CPU就緒任務(wù)隊(duì)列模型，對(duì)各cpu私有內(nèi)核資源進(jìn)行隔離，并基于核間通信機(jī)制擴(kuò)展了核間任務(wù)管理方法。除此之外還設(shè)計(jì)了基于自旋鎖的內(nèi)核鎖與關(guān)中斷+自旋鎖機(jī)制，為互斥與同步的多核

4、化改造提供支持。
　　最后，本文在前面提出的擴(kuò)展方案的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了核間通信，并對(duì)單核嵌入式操作系統(tǒng)ucos-iii中系統(tǒng)啟動(dòng)、任務(wù)管理、同步互斥這三個(gè)模塊進(jìn)行了smp擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，并將擴(kuò)展后的ucos-smp在搭載有Zynq-7000芯片的mi-z702嵌入式開發(fā)板上進(jìn)行了移植與部署。同時(shí)對(duì)ucos-smp中擴(kuò)展部分在真實(shí)硬件環(huán)境下進(jìn)行了一系列功能實(shí)現(xiàn)正確性驗(yàn)證與性能指標(biāo)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，ucos-smp功能實(shí)現(xiàn)達(dá)到預(yù)期，綜合性能