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关键词： 实时系统   虚拟化技术   Xen   实时锁协议  

摘要： 随着计算机性能和应用程序实时性需求逐渐增加,实时虚拟化成为了重要的研究方向。Xen作为广泛应用的虚拟化平台,获得了实时领域的广泛关注。目前,针对Xen提出的虚拟化环境下的实时调度算法及其对应的可调度性分析方法,没有考虑系统间共享资源互斥访问导致的优先级反转问题对于系统实时性的影响。为进一步提升虚化系统的实时性,本文对虚拟化环境下的多系统间共享资源访问协议展开研究。首先,本文定义了虚拟化环境下,任务访问共享资源时可能受到的优先级反转阻塞和共享资源访问协议适用的系统模型,获得了共享资源访问协议的设计目标。其次,本文依据设计目标以及虚拟机监视器无法感知应用层任务优先级的问题,设计并实现了虚拟化环境下的任务优先级感知机制及多操作系统间的共享资源访问协议。最后,本文对设计的共享资源访问协议进行了实时性分析。本文的主要创新点及贡献如下:(1)本文针对虚拟机监视器无法感知任务优先级的问题,设计了一种基于任务感知的调度机制,为感知虚拟机任务的紧迫程度提供了可行的方案。(2)针对多操作系统间共享资源访问的优先级反转问题,基于多核优先级天花板(Multi-Processor Ceiling Protocol,MPCP)协议,设计了一种多操作系统环境下的共享资源访问协议,有效的限制了系统间共享资源访问中不可控的优先级反转阻塞。(3)针对共享资源访问的实时性评估问题,基于并行任务模型,提出了一种联邦调度下基于线性规划的阻塞时间分析方法。该方法通过缩小可行域的方式,有效的降低了任务的阻塞时间分析上界。并通过基于响应时间分析的可调度性分析方法,设计了可调度性测试实验,有效的验证了共享资源访问协议的实时性。

摘要： The work of this thesis focuses on the critical task of choosing an operating system for an embedded system. The study focuses on features such as security, main- tainability, and reliability. By conducting a mapping study and interviews, an evaluation method is proposed. This method helps to make an informed choice of an OS by considering aspects such as hardware support, security features and their overhead impact, kernel architecture, and documentation. The findings contribute to reducing costs regarding research time for a suitable OS, lowering the risk of the unfavorable effects of choosing an unsuitable OS, and making informed decisions. This thesis provides helpful insights and guidance for developers and researchers in optimizing OS selection for improved performance and protection in embedded systems.

摘要： 嵌入式开发软件和服务的全球领导者IAR Systems宣布,为刚发布的实时操作系统PX5 RTOS提供全面支持。PX5工业RTOS是一款先进的第五代实时操作系统,专为最复杂和最先进的嵌入式应用而设计。PX5 RTOS可帮助嵌入式系统开发人员管理其多线程应用程序的实时

摘要： According to established space engineering standards, a space sys- tem can be decomposed into two main parts: the space segment, and the ground segment. While most space segments used to con- sist of just one single satellite, this thesis considers the growing case of a space segment featuring an arbitrary multiple of satellites. This is the case under two circumstances: The space segment is either a constellation, or a number of independent satellites are operated in parallel. A constellation describes a cluster of satellites all con- tributing to a common objective, while the case of one organization operating multiple independent satellites simultaneously is referred to as multi-mission operations. Regardless of which of the two cases applies, simultaneous oper- ation of multiple satellites leads to a series of problems. The more satellites are operated, the more compete these satellites for the limited resources required for executing the mission, such as ground station time or operations personnel. A further problem is the one caused by the increased complexity. This work refers to the term complexity as a measure for system functionality and the amount of interactions between different systems. Existing satellite operations concepts are usually data driven, which means that the entire design primarily focusses on the cre- ation of a data connection between space and ground. Commu- nication with the satellite is based on the exchange of telemetry and telecommands, enabling ground to access certain services in the satellite on-board software. Software establishing such a connection must then be complemented with a series of systems, which are fur- thermore required for satellite operations, including but not limited to flight dynamics, mission planning, or automation approaches. With respect to multi-satellite operations, this causes a series of difficulties. Satellite operations software is usually customized for each mission. Nonetheless, these products are co

摘要： 7月5日,我国首个开源桌面操作系统“开放麒麟1.0”发布,标志着我国拥有了操作系统组件自主选型、独立构建的能力,填补了我国在这一领域的空白。据了解,此次发布的“开放麒麟1.0”是通过开放操作系统源代码的方式、由众多开发者共同参与研发的国产开源操作系统。该系统由国家工业信息安全发展研究中心等单位指导推动研发,它的发布将有助于推动面向全场景的国产操作系统迭代更新,为政务、金融、通信、能源、交通等关系国计民生的重要行业提供基础安全保障。“开放麒麟”社区理事长朱晨表示,

关键词： 遥操作系统   间歇性网络传输   自适应控制   事件触发机制  

摘要： 近年来，遥操作机器人系统备受关注，主要由于其在太空探索、军事、医疗、灾难救援和核电站操作等多个领域的广泛应用。遥操作系统通常由一个人类操作的主机器人和一个执行实际任务的从机器人组成，两个机器人之间通过高效的通信网络进行信息交流和传输，从而实现远程控制和操作。这种操作方式能够有效地避免人类直接面对危险环境。然而，在长距离网络传输过程中，通信时延是一个不可避免的问题。现有大多数研究往往只考虑了连续通信时延的情况，忽略了通信信道存在的不规则延迟和可能的数据丢失等实际问题。而且这些研究都要求很强的时延假设，不符合实际中尤其恶劣环境中的遥操作系统的网络条件。　　本篇论文以间歇性网络传输下的单主-单从/多从遥操作系统为研究对象，旨在针对间歇性数据传输的约束网络问题，设计了一种自适应控制算法，以保证系统的同步。在间歇性网络传输下，通信信道存在着不规则的时延和可能的丢包等问题，从而导致数据交换在时间上是间歇性的，这使得系统稳定性分析变得异常困难，至今未得到很好的解决。因此，本文的研究重点在于如何应对这些弱假设通信条件，并设计出适应性强、能够应对间歇性通信问题的控制算法，从而提高间歇性网络传输下的遥操作系统的性能。论文的主要研究工作如下：　　(1) 针对间歇性网络传输下的带有未知参数的单主-单从/多从遥操作机器人系统的同步问题，本文提出了一种自适应控制策略。该策略旨在通过在线估算未知参数并进行动态调整，以实现闭环系统的性能要求并减少不确定性的影响。而且，在控制器的设计中，直接力反馈的引入能够有效避免过多的阻尼传递给操作者，同时也避免了自适应控制将人力当作“外部干扰”进行处理。通过采用本研究所提出的控制策略，可以有效地提高遥操作机器人系统的同步性能。　　(2) 以间歇性网络传输下的单主-单从遥操作机器人系统为控制对象，设计了一种全新的动态事件触发方法，该方法不仅能够显著增加事件发生时间的间隔长度，而且还能提高系统的性能。设计的控制算法实现了单主-单从遥操作系统的一阶无限可操作性以及在每一个事件触发时刻的静态力反射，从而显著提升了系统的透明性。此外，本文所提出的事件触发机制也可用于单主-多从遥操作系统中，以降低控制器的更新频率，达到减少计算资源消耗的目的。　　(3) 为了解决单主-多从遥操作机器人系统中间歇性网络传输带来的同步控制问题，本文提出了基于虚拟模型和动态补偿器的分布式自适应控制算法，实现了所有子系统的同步。相比较于传统的同步控制方法，本文基于遥操作系统中机器人之间的间歇性数据交换提出的方法要求更宽松的网络条件，不仅能提高系统的同步性和控制精度，基于事件触发机制还能够降低通信成本和计算能耗。

关键词： 图形处理器   UEFI   图形系统   OpenGL  

摘要： 近些年图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)国产化的飞速发展和其软件生态的不断完善,为桌面操作系统在各个领域的广泛应用提供了更加自主的发展空间。然而,当前大多数行业领域中的桌面操作系统严重依赖于非国产GPU,导致桌面操作系统国产化程度低、国产GPU软件生态不完善,进而造成特定领域的信息安全问题。因此,本文致力于提高桌面操作系统在图形绘制与显示方面“自主可控”的能力,在自研GPU的基础上,融入UEFI方法、Wayland图形系统以及Open GL图形绘制方法,设计基于自研GPU的国产桌面操作系统,实现系统图形界面的绘制与显示,该研究具有较大的应用价值。具体研究内容如下: (1)自研GPU UEFI初始化及画面字符显示设计。针对传统BIOS安全性低、效率慢的问题,本文设计并实现了一种UEFI方法,通过PCI总线对自研GPU设备的访问实现自研GPU UEFI初始化。结合自研GPU的窗口访问机制,通过UEFI画面和字符输出方法实现GPU BIOS阶段的画面显示和字符显示,为基于自研GPU的图形系统建立前期基础。 (2)基于自研GPU的图形系统设计。针对自研GPU无法承载系统资源消耗大的图形系统,而自主研发的图形系统可移植性差、安全可靠性无法得到保障的问题,本文设计并实现了一种适用于自研GPU的图形系统方法,以Wayland图形系统为基础,构建适用于全国产化系统平台的图形系统,实现图形系统基本的绘制显示与界面操作,国产桌面操作系统提供一种具有较完备的界面操作功能和良好的图形绘制能力的图形系统。 (3)自研GPU Open GL图形绘制方法设计。针对自研GPU与图形系统适配过程中,无法使Open GL图形库直接访问和操作GPU进行硬件加速,导致图形无法正常完成绘制的问题,本文设计并实现了一种Open GL图形库优化方法,对Open GL核心库命令传输层与Linux内核层DRM子系统进行适配性改进,从而使自研GPU直接由内核层中读取图形命令,进而实现基于自研GPU的图形系统的图形绘制功能,为国产桌面操作系统的界面绘制与显示功能提供可行的适配方案。 (4)全国产化系统平台测试验证。为了测试基于自研GPU的桌面操作系统的图形绘制和图形显示功能,搭建了全国产化系统平台,将基于自研GPU的图形系统与全国产化系统平台进行适配,通过Open GL图形库优化方法进行基本图形和界面的绘制,以测试基于自研GPU的图形系统的功能,结果表明,基于自研GPU的国产桌面操作系统具备良好的图形绘制和显示能力。

关键词： 虚拟化技术   网联汽车   汽车操作系统   嵌入式系统  

摘要： 为满足人们不断提高的出行需求,现代汽车的设计朝着智能化方向发展,开启了智能网联汽车时代。自动驾驶、车联网等新兴概念的融入使得上层应用的迅速复杂化,带来了繁重的计算任务。虽然硬件成本的降低为汽车嵌入式系统提供了不小的算力提升,但是也带来了诸如GPU、FPGA等异构计算核心,并对其提出了计算资源高效管理的新要求。同时,智能网联汽车中的娱乐信息域急需补充大量日常应用。但是,现阶段汽车操作系统静态配置、调度资源的方式导致了系统资源利用率低、整体协同性差、部署方式不灵活等缺点,如何以一种灵活简便的方式管理好多核异构的系统计算资源、构建协同性强、支持多种操作系统混合部署的汽车嵌入式系统成为一大挑战。 针对上述挑战,本文研究虚拟化技术,主要工作如下: 1)在国产实时操作系统RT-Thread上,提出并实现了一款适用于汽车嵌入式系统的实时虚拟化软件RT-Hypervisor,以实现系统资源灵活管理,降低系统部署难度。RT-Hypervisor是利用ARMv8架构虚拟化硬件支持的Type-2型虚拟化软件,支持包括Linux、RT-Thread等多种操作系统在内的混合部署,为丰富的Linux生态环境的移植打下了基础。RT-Hypervisor可为汽车嵌入式系统以及上层汽车操作系统部分提供灵活的资源管理,实现系统资源的动态分配,提升系统的资源利用率; 2)针对传统虚拟化技术中虚拟机之间协同性差的问题,本文提出了一种改进的虚拟机间实时通信机制。考虑到目前的汽车域处理器仍以单机系统为主,各虚拟机间的关系属于共生(co-located)虚拟机,虚拟机间通信可采用更高效的共享内存通道。与以往共享内存通信工作不同的是,该机制借助ARM架构硬件辅助特性,以虚拟设备的形式构建了虚拟机间通信器。这使其可在提升系统整体协同性的同时具备更好的解耦性,是针对汽车嵌入式系统场景所做出的优化。 本文针对RT-Hypervisor及其优化设计了一系列实验,用于验证技术路线可行性并初步测算RT-Hypervisor性能。实验表明:RT-Hypervisor功能完善,支持包括Linux系统在内的多种操作系统混合部署,提供了一种部署灵活便捷、提升系统资源利用率的方案;其优化提供了一种实时性较强、吞吐量大的虚拟机间通信方式。不过RT-Hypervisor在性能上还有较大的提升空间,有待后续的深入优化。 本文实现的RT-Hypervisor及其优化为汽车嵌入式系统构建提供了一种提升系统资源利用率、协同性强、支持多种操作系统混合部署的灵活方案,解决了网联车新型嵌入式系统计算结构中,设计或优化操作系统的一些关键技术问题。

关键词： Linux操作系统  

ISBN: (纸本)9787115600844

摘要： 本书主要讲解Ubuntu操作系统的基本操作、配置管理、软件开发平台和服务器部署。全书共10个项目，内容包括Ubuntu快速入门、熟悉Ubuntu命令行操作、用户与组管理、文件与目录管理、磁盘存储管理、软件包管理、系统高级管理、Shell编程与自动化运维、部署软件开发工作站和部署Ubuntu服务器。

关键词： 鸿蒙操作系统   内核移植   物联网  

摘要： 操作系统内核是操作系统的核心部分，是整个操作系统的管理和控制中心，它负责调度所有硬件资源和软件资源，支持协调系统软件和应用软件的运行。传统操作系统内核大多基于Linux系统内核研发，在物联网通信趋势下，传统的的操作系统内核存在时延高、体积大、互联性差等缺点。作为国内首款面向物联网时代的操作系统，鸿蒙操作系统填补了国内该领域的空白，缩小了国内操作系统软件与国际上的差距，对国内物联网操作系统的自主发展具有非常重要的现实意义。同时作为首个采用微内核架构的通用型复杂操作系统，鸿蒙操作系统LiteOS内核以其简洁、高效和组件化设计等特点，切合时代发展需求。研究鸿蒙操作系统以及LiteOS内核对实际应用中定制嵌入式设备内核具有指导意义。本文从内核应用性角度出发，首先对微内核架构以及微内核架构系统进行研究与分析;然后通过具体的实验对比宏内核微内核的性能差异，分析微内核架构的性能潜力;最后实现LiteOS内核针对具体硬件开发板的的最小结构移植并完成测试。本文的主要内容如下：　　（1）分析微内核系统架构与技术特点，针对宏内核与微内核的工作模式设置对比实验，研究在不同工作环境两种内核结构的性能开销，分析宏内核结构在物联网时代扩展性不足的限制，微内核结构当下的设计优势，分析微内核结构未来的发展潜力。　　（2）以LiteOS内核源代码为基础，详细分析LiteOS内核的特点，深入分析LiteOS内核任务管理、中断管理、进程间通信、内存管理等核心模块的代码实现机制，分析其中的优化措施、重要的数据结构和算法。　　（3）详细分析了内核启动流程、内核移植时源文件处理过程、编译过程关键文件联系等，总结最小内核的移植步骤以及移植过程中针对目标硬件平台需要修改的文件，实现LiteOS内核基于MIPS龙芯平台的代码移植，编写测试程序测试移植实验结果，最后设计实现以新系统为数据处理核心的数据传输云平台项目。