硬件实时操作系统的设计与实现

在阐述了硬件实时操作系统的结构和运行机制的基础上,着重论述了基于FPGA设计实现的硬件实时操作系统,并在Actel公司的APA075上实现了任务调度、中断管理、定时器管理等实时操作系统基本功能。该硬件实时操作系统具有强实时性、高确定性和低系统开销等优点。

硬件实时操作系统信号量管理的设计与实现

信号量管理是操作系统中频繁运行的程序段之一。为提高实时操作系统RTOS的响应能力,提出了基于FPGA硬件实现信号量管理的设计方案。采用片内寄存器实现事件控制块(ECB)、映射表等存储结构,使用组合逻辑电路实现信号量管理模块,提高了信号量创建、删除及P/V操作的执行速度。

基于FPGA的μC/OS-Ⅱ任务管理硬件设计

针对实时操作系统的开销导致应用程序可执行性降低的问题,提出了基于FPGA的硬件实时操作系统设计方案,并实现了μC/OS-II任务管理模块的硬件化。通过设计基于片内寄存器的TCB及基于组合电路的任务调度器,充分发挥了多任务潜在的并行性。整个设计采用VHDL硬件描述语言,通过ISE8.2软件进行时序仿真验证,并使用Xilinx公司的Virtex-II Pro FPGA板实现。

μC/OS-Ⅱ任务管理的硬件实现

针对实时操作系统的开销导致应用程序可执行性降低的问题,提出了基于FPGA的硬件实时操作系统设计方案,实现了μC/OS-Ⅱ任务管理模块的硬件化。采用FPGA片内寄存器实现等待任务列表,并设计了相应的硬件电路访问该表,节省了系统由于频繁访存而浪费的时间。通过设计基于片内寄存器的TCB及基于组合电路的任务调度器,充分发挥了多任务潜在的并行性。整个设计采用VHDL,通过ISE8.2软件时序仿真验证。仿真结果表明,利用硬件实现减少了任务运行时间,使其在一些实时性要求较高的场合得到应用成为可能。

基于FPGA的任务管理器和定时器设计

基于软件实现的实时操作系统(Real Time Operation System,RTOS)运行时需要占用CPU,从而降低了应用程序的执行效率,软件顺序执行的特点也给系统实时性的提高造成了不能忽视的影响。针对上述问题,以μC/OS-II为研究对象,设计了基于FPGA的硬件实时操作系统(Hardware Real Time Operation System,HRTOS),并设计完成了任务管理器及定时器,得到了硬件仿真结果;并设计了基于Nios II平台的系统设计验证方案,将软硬件结合,加入硬件模块后的验证结果与软件实现相同,具有重要的现实意义。