基于Cortex-M4内核的RT-Thread上下文切换机制剖析

RT-Thread是源码公开的国产嵌入式实时操作系统。基于Cortex-M4内核,对RT-Thread通过底层PendSV中断进行上下文切换的过程进行了剖析,从指令级别对上下文切换的实现机制进行了研究,为深入理解内核调度机制的实现提供了参考,也为RT-Thread的应用与推广提供了技术基础。

嵌入式物联网融合通讯协议实践教学设计

为使学生能够融会贯通嵌入式物联网分散在各门专业课的知识,本文提出一个以通讯协议为纽带的综合实践课程设计方法。该方法应用Zigbee无线协议,串口协议和网络协议,整合现有的专业课知识。通过设计基于硬件和软件的实践项目,同时以嵌入式物联网的典型问题为导向,引导学生加深理解专业知识。实践的结果表明,采用该教学方法的嵌入式物联网综合实践课程能够在一定程度上提高学生对专业知识的综合理解和应用。

多核处理器容错实时调度算法

针对系统故障模式下容错公平调度FT-FS(Fault Tolerate Fair Scheduler)算法存在拒绝任务次数较多和资源浪费等问题,文中在FT-FS算法的基础上融入了主/替代版本PA(Primary Alternate)容错策略,提出了新的公平调度算法PA-FTFS(Primary-Alternate and Fault Tolerant Fair Scheduling)。该算法能够在多核处理器系统中减少资源浪费的同时更好地减少拒绝任务的次数。利用MATLAB仿真软件对上述算法进行了仿真验证,实验结果表明在内核发生永久性故障后,采用比例替代任务策略的PA-FTFS算法相较于FT-FS算法拒绝任务的次数明显减少。通过数据分析表明,PA-FTFS算法相较于FT-FS算法在故障率和调度率上具有较大改进。

基于并行算法的信息系统测试设备的应用分析

在现代航空领域,综合航空电子网络系统是飞机运行的核心,信息系统则是综合航空电子网络系统最关键的组成部分。针对传统信息系统测试设备的高成本和低效率问题,本文提出了基于并行算法的结构优化方案。通过对传统设备改造,实现逻辑上对航空电子全双工交换式以太网(avionics full duplex switched ethernet,AFDX)板卡的扩展,从而提升测试效率。通过对传统设备和改造设备的对比实验,结果表明:改造设备在批量信息系统测试中表现出显著的效率提升。

基于项目驱动法的“Linux操作系统管理”课程教学改革探索

“Linux操作系统管理”是计算机科学和软件工程领域的核心课程,能够帮助学生掌握使用各种工具和功能来解决多用户管理、网络通信等任务。文章分析了国内外关于Linux课程驱动教学的研究及课程教学现状,重点从教学内容、教学方式和评价体系3个层面梳理了存在的问题。基于此,提出了一种基于项目驱动法的“Linux操作系统管理”课程教学模式,旨在坚持学生主体地位,强化项目驱动式教学,建立多维度的考核体系。通过实施项目驱动法,深入探讨了该方法在“Linux操作系统管理”课程中的应用,力求通过课程优化提升学生解决实际项目问题的能力,为培养高素质的技术技能人才提供参考。

Gadget Configfs的研究及在USB虚拟串口的应用

针对Linux下通过USB Gadget框架将USB接口模拟成其他USB设备时存在设备配置信息修改不方便的问题,可以使用Configfs动态配置USB设备。文中介绍了USB Gadget的框架与原理,重点分析了Configfs的主要数据结构和内部实现机制,给出了使用Configfs在用户模式配置USB设备的具体方法,并在I.MX6ULL平台上将Gadget功能驱动层已有的串口功能驱动程序使用Configfs进行配置后,实现了将USB接口虚拟成USB串口设备。经过测试,虚拟串口设备传输正常,为开发人员在USB Gadget下使用Configfs配置USB设备提供了参考。

面向NVM的IoT时序数据多态协作压缩策略

压缩策略是影响IoT时序数据存储系统性能的重要因素,而现有压缩策略缺乏针对NVM与IoT时序数据特性的优化机制。因此,提出了面向NVM的IoT时序数据多态协作压缩策略。首先,给出了IoT时序数据的组织结构。然后,针对IoT时序数据在一段时间内较稳定以及在用户态与内核态读写NVM适合的粒度差异较大的情况,设计了分层压缩策略。在用户态接收数据时,采用轻量级的数据压缩算法减少需存储的数据量,也减小了对IoT时序数据的存储效率的影响;针对IoT系统以查询和分析异常时序数据为主的特性,设计了深度压缩算法,在内核态对历史IoT时序数据进行深度压缩。其次,针对深度压缩历史IoT时序数据与存储新接收的IoT时序数据之间对NVM带宽的竞争,提出了写带宽保证的动态调整算法。最后,构建了面向NVM的IoT时序数据多态协作压缩策略原型PCCTSMS,并使用YCSB-TS工具进行测试与分析。实验结果表明,与InfluxDB、OpenTSDB、KairosDB和TVStore相比,PCCTSMS最高能提升161.3%的写吞吐率以及减少14.6%的存储空间。

文件系统可靠管理方法研究

针对系统突发掉电情况下文件系统的可靠性问题,研究一种文件系统可靠管理方法,采用元数据事务管理技术,在数据更新时采用写时拷贝技术实现异地更新,采用PING PONG日志管理技术,对文件系统的空间和节点分配情况采用两级日志进行维护,系统维护两份事务点日志记录;通过逻辑卷管理关键数据的冗余存储,防止掉电时超级块数据被破坏引起系统无法正常启动。测试表明方法能够解决突发掉电情况下文件系统状态的一致性问题,实现文件系统的可靠管理。

基于FCM-LSTM的软件运行资源变化规律方法研究

软件在运行过程中会消耗资源,此过程存在两个问题,一是难以确定资源消耗发生变化的拐点,二是同一软件同一模块运行不同任务时,所产生的数据样本数量级差异过大。基于此,提出一种结合FCM和LSTM的算法研究软件运行资源变化规律的方法,利用FCM算法实现不同数量级样本间的群聚,接着把处理后的样本放入LSTM模型进行训练,进而得到资源消耗变化曲线。实验表明,通过资源消耗变化曲线能够确定拐点的类型和其出现的位置区间,进而找到软件运行资源变化规律。另外,通过对比分析,FCM-LSTM模型在解决此问题上的准确率高于其他同类型的传统算法。

基于Android平台的智慧警务社区网格化管理系统

针对传统的社区警务网格化管理居民参与度低、社区事件处理滞后的问题,设计一款基于Android的智慧警务社区网格化管理系统。以社区管理主体多元化和创新社区监管为目的,采用应用层、展示层、控制层、数据管理层的4层网络结构,将系统分为社区居民端和社区管理人员端;根据社区日常管理需求,在AndroidStudio设计环境下进行系统功能设计和开发,社区居民端提供诉求上报、诉求追踪与评价、便民服务等功能应用,社区管理人员端实现消息服务、诉求事件管理、工作日志管理等功能。结果表明:该系统可实现社区治安管理重心下移,提高居民的社区管理参与度,警务管理人员利用移动管理端可高效处理社区管理突发事件。

国产操作系统发展研究

操作系统是计算机系统中的系统软件,对信息技术蓬勃发展具有关键作用。我国自“八五”攻关计划开始国产操作系统的研发,至今进入了新的发展阶段。文章对国产操作系统如麒麟、统信、Hramony OS的发展背景、现状进行了调研和分析。调研数据从信创元年开始,展示了国产操作系统从无到有,从弱到强的发展过程。同时也指出了国产操作系统面临生态体系、基础研究薄弱等不足,提出了一些推广建议。

云操作系统性能测试指标和度量方法标准解读

为解决不同云操作系统关注的性能指标不一致、针对同一个指标缺乏统一度量方法等问题,研制GB/T 42140—2022《信息技术云计算云操作系统性能测试指标和度量方法》国家标准,并对标准要点进行解读。该标准中对云操作系统技术框架进行规范,创新性增加响应时间百分位和平均响应时间方差指标和度量方法,明确在性能效率方面关注的指标,可以指导开展云操作系统性能效率测评,为用户采购提供依据,推动云计算产业高质量发展。

基于UEFI固件单机多操作系统独立引导实现方法

图书馆的公共计算机每天要提供给多个读者使用,不同的读者因教育背景各异,对计算机操作系统的需求也各不相同。在同一台计算机上安装各自独立互不干扰的操作系统可满足读者差异化的需求,在一定程度上能提高计算机的利用率。UEFI固件引导模式与传统的BIOS固件相比,具有系统启动过程耗时更短,兼容性更好,支持超大容量存储设备等优点,现在的计算机系统基本均支持UEFI。本文实现了基于UEFI单机Windows和Linux系列多种操作系统实体机的安装和启动方法。

基于OpenHarmony的矿下安全作业智能管控系统设计

大多数伤亡较大的煤矿安全事故发生前期往往伴随着环境的潜在变化,因为不能及时察觉而错过了最佳救亡时机。由此提出基于“人-机-环-管”的矿下安全作业智能管控系统,旨在通过智能管控设备实现实时监测、准确预警。系统通过物联网技术实现矿下环境监测、生命体征监测、实时定位和联网控制等几大功能,还包括智能报警、智能语音助手、电子栅栏、可视化云平台等其他辅助功能,以完善系统的安全管控作用。经实验结果表明,系统能稳定运行并实时监测矿下作业环境,提供精准的定位信息,可有效提高煤矿下安全作业系数,为数字矿山建设奠定了安全基础。

车控操作系统实时性/安全性保障技术

电子控制技术为智能网联汽车的高速发展持续赋能,车控操作系统是保障汽车电子控制软件安全、高效、实时运行的基石。随着智能网联汽车向集中式、端云融合式电子电气架构发展,车载硬件演化为多核异构处理器、弹性计算平台,车控软件向面向服务的软件架构转变,车控操作系统的架构、关键技术等也随之发展。综述了智能网联汽车用车控操作系统的发展历程与现状,对任务调度、实时性/安全性保障、形式化表征与验等基础理论和关键技术进行深入分析,阐述现有车控操作系统的技术挑战与发展趋势,为智能网联汽车的车控操作系统发展提供参考。

一种面向嵌入式NVMe存储设备的对齐优化设计

嵌入式领域的软件存储栈较为精简,嵌入式文件系统等上层软件在使用NVMe驱动时没有专门的块设备管理层处理缓冲区不对齐,导致发生操作失败、数据内容不一致等问题。文章提出了一种对齐优化设计,当用户读、写缓冲区不满足对齐要求时,动态维护对齐链式缓冲池,以完成针对NVMe控制器的数据中转,同时按照通道数目建立了多链表对齐缓冲池,并使用计数信号量保证NVMe驱动的并发性能。通过这种优化设计能够以较小的性能损耗,解决嵌入式NVMe驱动因对齐导致的不可用问题。

GPU任务调度研究综述

本文针对运行在GPU上的任务的管理和调度研究进行了综述,并且把讨论重点放在针对单GPU上的相关研究工作.随着人工智能技术的发展以及相关应用的普及,使得GPU成为加速计算的关键工具.本文首先介绍了GPU的架构和编程模型,然后按照调度粒度,从stream级到warp级介绍了多种调度方法的相关研究工作.每个级别的调度方法都旨在提高GPU的性能、资源利用率、可靠性或降低能耗.此外,本文还指出了GPU任务调度面临的挑战以及未来的研究方向,如保障GPU执行时间确定性的软硬件机制研究、结合机器学习的GPU任务调度研究、GPU新架构探索研究以及追求GPU性能和能耗平衡的调度技术研究.本文旨在为研究者们提供一个全面的视角,帮助他们了解GPU任务调度的研究动态和未来的发展方向.

虚拟步行的机场航站楼布局感知评价方法研究

分析了国内外航站楼建筑内部合理性布局设计的研究现状,从机场航站楼BIM建模、场景真实感处理、虚拟漫游系统架构与功能设计、搭建航站楼虚拟现实感知软硬件平台等方面,以乘客视角开展“以人为本”的出行感知评价方法的研究,旨在提升旅客在航站楼的使用体验度与满意度。

微内核操作系统互斥量模块功能正确性的形式化验证

操作系统在许多安全攸关领域为软件系统提供关键性底层支撑,操作系统中一个微小的错误或漏洞都可能引起整个软件系统的重大故障,造成巨大经济损失或危及人身安全.为了减少此类安全事故的发生,对操作系统正确性进行验证十分必要.传统测试手段无法穷尽系统中的所有潜在错误,因而操作系统验证有必要使用具有严格数学理论基础的形式化方法.在操作系统中,互斥量可协调多任务对资源的访问,是一种常用的任务同步方式,其功能正确性对于保障多任务应用的正确性十分关键.基于定理证明方法,在交互式定理证明器Coq中对某抢占式微内核操作系统的互斥量模块进行代码级形式化建模,给出其接口函数的形式化规范,并实现这些接口函数的功能正确性验证.

HiLog:OpenHarmony的高性能日志系统

日志是计算机系统中记录事件状态信息的的重要载体,日志系统负责计算机系统的日志生成、收集和输出.OpenHarmony是新兴的、面向全设备、全场景的开源操作系统.在所述工作之前,包括日志系统在内OpenHarmony有许多关键子系统尚未构建,而OpenHarmony的开源特性使第三方开发者可以为其贡献核心代码.为了解决Open Harmony日志系统缺乏的问题,主要开展如下工作:(1)分析当今主流日志系统的技术架构和优缺点;(2)基于OpenHarmony操作系统的异构设备互联特性设计HiLog日志系统模型规范;(3)设计并实现第1个面向OpenHarmony的日志系统HiLog,并贡献到OpenHarmony主线;(4)对HiLog日志系统的关键指标进行测试和对比试验.实验数据表明,在基础性能方面,HiLog和Log的日志写入阶段吞吐量分别为1500 KB/s和700 KB/s,相比Android日志系统吞吐量提升114%;在日志持久化方面,HiLog可以3.5%的压缩率进行持久化,并且丢包率小于6‰,远低于Log.此外,HiLog还具备数据安全、流量控制等新型实用能力.