基于多核處理器的嵌入式微內(nèi)核操作系統(tǒng)通信機制研究與設(shè)計.pdf

1、相對于傳統(tǒng)的宏內(nèi)核操作系統(tǒng)來說,微內(nèi)核操作系統(tǒng)由于其內(nèi)核體積小、靈活性高等眾多優(yōu)點,已經(jīng)廣泛用在航空航天、汽車等多個領(lǐng)域。越來越多的應(yīng)用需要可靠性更高性能更好的微內(nèi)核操作系統(tǒng)以及硬件環(huán)境支持。同時,單核處理器的功率消耗大、電路復(fù)雜等問題已經(jīng)日益突出,使單核處理器性能提高的空間到了極限,所以具有并行處理能力的多核處理器取代單核處理器成為嵌入式微內(nèi)核操作系統(tǒng)最佳選擇平臺。但是現(xiàn)有的支持異構(gòu)多核的微內(nèi)核操作系統(tǒng)性能并不高,而通信機制是影響其性

2、能的關(guān)鍵因素。設(shè)計一種更高效的面向多核的微內(nèi)核操作系統(tǒng)通信機制已經(jīng)迫在眉睫。
　　本文首先對多核處理器和微內(nèi)核操作系統(tǒng)進行了闡述,并介紹了總線共享、交叉開關(guān)互連、片上網(wǎng)絡(luò)三種多核通信架構(gòu)以及幾種典型的支持多核的嵌入式實時微內(nèi)核操作系統(tǒng)。然后,介紹了進程間通信原理及其兩個階段,描述多核處理器進程間通信特點和資源競爭特點,并深入分析六種典型通信方式和幾種嵌入式微內(nèi)核操作系統(tǒng)的進程間通信策略的優(yōu)缺點。在此研究基礎(chǔ)上,從核內(nèi)和核間兩個角度

3、,設(shè)計了一種基于消息分類的線程代理通信機制,從如下幾個方面進行了改進和創(chuàng)新:
　　(1)對于核內(nèi)通信,設(shè)計了消息分類的通信策略,該策略充分利用寄存器和共享內(nèi)存的地址映射通信方式的優(yōu)點,將消息交由線程代理判定其長短,短消息采用寄存器方式進行通信,而長消息采用共享內(nèi)存的地址映射方式進行通信。
　　(2)對于核間通信,利用輕量級線程,采用共享內(nèi)存的地址映射方式,設(shè)計了基于代理線程的核間通信方案。在設(shè)計的核間通信機制中,通信由專門的

4、主內(nèi)核協(xié)助完成。
　　(3)為了提高通信時分配共享內(nèi)存的效率,首次提出了可預(yù)測的共享內(nèi)存分配算法。該算法利用馬爾可夫鏈預(yù)測原理,通過轉(zhuǎn)移概率矩陣評估下一次內(nèi)存分配的概率大小,系統(tǒng)可以提前分配內(nèi)存,減少分配等待時間。
　　(4)通過結(jié)合優(yōu)先級和等待時間改進了通信優(yōu)先級策略,并通過注冊方法提升中斷管理效率。同時,利用單核中信號量的同步原理,針對核間同步新問題,設(shè)計信號量管理策略。
　　文章最后通過Simics仿真器構(gòu)建了多