[發明專利]一種硬件實時操作系統

有效

• 申請號: 201310596861.6
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103559045B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 范延濱;王正彥
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G06F9/44
• 分類號: G06F9/44
• 代理公司: 青島高曉專利事務所37104
• 代理人: 張世功

1.一種硬件實時操作系統，其特征在于主體架構包括系統定時管理器、任務管理器、事件管理器和總線接口管理器，其中：定時管理器由硬件定時器實現任務的延時和周期執行，在設定任務執行周期或延時時間后，當設定的時間定時到時便會使對應任務就緒，并觸發硬件內核的調度器，產生一次任務調度中斷，每一個任務需要一個定時器，用于管理一個任務的延時和運行周期，如果系統有N個任務則需要N個定時器；任務管理器實現任務控制塊隊列的操作與管理，所有未執行任務存放在任務等待表和任務就緒表中，任務等待表中的任務在定時到時或事件到達時變為就緒任務，等待任務調度，任務調度器在每個調度時鐘內計算出優先級最高的就緒任務，調度器采用搶占式調度機制，每個調度時鐘輸出優先級最高的就緒任務，通過中斷方式向處理器提出任務服務，由軟件實時操作系統負責任務切換，執行任務代碼；事件管理器實現包括信號量控制塊、互斥信號量控制塊、信號量集控制塊、消息郵箱控制塊、消息隊列控制塊的事件控制塊的操作與管理，每一個事件都能夠被N個任務請求使用，每一個事件有一張事件等待表，當事件為真時，事件為優先級最高的等待任務服務，并為任務就緒提供判斷依據，使任務就緒，供任務管理器從所有就緒任務中選出優先級最高的就緒任務，再以中斷方式向處理器提出任務服務，由軟件實時操作系統實現任務切換；總線接口管理器實現處理器與硬件實時操作系統之間的數據傳輸與控制，軟件實時操作系統中的總線接口驅動程序API函數被應用程序調用，通過接口總線對硬件實時操作系統進行讀寫，API函數從功能上分為兩類：一是處理器向硬件實時操作系統發布命令，硬件實時操作系統收到命令后，解析命令、執行相應操作；二是啟動中斷服務程序，硬件實時操作系統進行一次任務調度后，如果新選出的最高優先級就緒任務不是當前正在執行的任務，則需要進行任務切換；硬件調度內核將向處理器提出任務中斷服務，讀取該就緒任務的優先級和堆棧地址，實現任務切換；所述任務就緒表與定時就緒表、信號量就緒表、互斥信號量就緒表、信號量集就緒表、消息郵箱就緒表、消息隊列就緒表構成立體任務就緒表，其縱向包括1個任務就緒表、1個定時就緒表、5個事件就緒表、2個保留表；所述任務就緒表生成任務就緒表之間的生成算法：任務就緒＝定時器|信號量|互斥信號量|信號量集|消息郵箱|消息隊列；所述任務就緒表生成任務中斷之間的生成算法：對于任務就緒表，需要建立查找就緒任務算法，算法采用優先編碼器，橫向或運算，生成組優先級，對組優先級優先編碼，得到組地址，再對組內優先編碼得到組內地址X，則優先級Prio＝(Y<<3)|X；任務調度中斷生成的算法：新生成的任務優先級與當前任務優先級比較，如果中斷類型號小于當前任務優先級比較，則生成任務中斷信號，向處理器請求任務中斷，生成中斷類型號INTNo：INTNo＝((！Prio)<<8)|Prio。

2.根據權利要求1所述的硬件實時操作系統，其特征在于實現硬件實時操作的具體執行過程為：

(1)、先對實時操作系統進行分析和抽象，將實時操作系統分解為硬件實時操作系統和軟件實時操作系統兩個部分，其中，硬件實時操作系統為一顆集成電路IC，其實時操作系統核心功能完全由硬件電路來實現，軟件實時操作系統為與硬件實時操作系統相配合運行在嵌入式系統中的軟件；

(2)、然后對硬件實時操作系統進行架構設計和建模，規劃成易于硬件實現且高度綜合的四個模塊，最后應用電子設計自動化技術分別實現定時管理器、事件管理器、任務管理器和總線接口管理器，完成硬件實時操作系統集成電路IC的設計；

(3)、任務管理器是硬件實時操作系統的核心部件，包括立體就緒表、任務調度器和任務中斷控制器三個模塊，其中，立體就緒表實現定時管理器、事件管理器與任務管理器之間的信息傳遞和邏輯運算，并減少模塊之間的耦合、提高系統穩定性；先由任務調度器生成任務就緒表中優先級最高的任務的優先級，再由任務中斷控制器生成任務中斷請求信號，并向處理器提出任務中斷請求，運行在嵌入式系統中的軟件實時操作系統將響應任務中斷請求，實現任務切換；

(4)、在嵌入式系統設計中，硬件實時操作系統通過總線接口管理器與處理器CPU相連接，由硬件實時操作系統實現任務延時、事件響應、優先級操作、任務調度和任務中斷工作，軟件實時操作系統運行在嵌入式系統中，實現CPU與硬件實時操作系統之間的初始化、事件響應、任務調度數據交互和任務切換。