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关键词： OBE理念   课程教学   “操作系统”课程  

摘要： 在工程教育认证背景下，如何将OBE理念贯彻到具体课程教学中。文章以“操作系统”课程为例，研究专业培养目标、毕业要求指标点与课程目标的关联，并从课堂教学、实践教学、线上线下混合教学的模式中凝炼出OBE人才培养的要素；从面向产出的内部评价机制中提炼“操作系统”课程的具体考核方式，建立考核项目与课程目标的联系，进而依据毕业生外部评价机制对课程进行持续改进，助力新工科背景下传统专业课程的改革与创新。

关键词： PBL   拼图式   中职学校   Linux操作系统  

摘要： 基于PBL的拼图式教学法,是一种结合了问题式学习教学法与拼图式教学法的全新教学方法。此教学方法集合了多种教学方案的优势,将问题引导的学习模式及学生为主体的合作学习模式相结合,有效解决课堂效率低、学习热情不足等课堂问题,高度适配于中等职业学校的教学体系。本次研究通过文献研究法,梳理PBL及拼图式两种教学方法的基本概念,研究现状及相关理论知识,为后续两种教学方法的结合研究做了充分的理论基础。本研究对象选取中职学校计算机专业学生,采用问卷调查法对现阶段课程学习状况进行调研。通过问卷结果分析现阶段教学存在的问题,再结合中职学校计算机专业课程教学特点制定解决方案,设计使用基于PBL的拼图式教学法的教学方案。选取《Linux操作系统》课程为案例,采用实验研究法展开实验研究。实验对象选取某中职学校计算机网络专业的学生。选取两个班级做实验结果对照,最后通过教学成绩等结果对比来证明采用基于PBL的拼图式教学法能有效提高中职学校计算机专业学生成绩。本次研究主要得出以下结论:第一,基于PBL的拼图式教学法从教学流程的设计以及教学方案的实施上契合职业教育教学特色。第二,基于PBL的拼图式教学法能在职业教育中实施并取得较好效果得益于职业教育的灵活性和包容性。第三,基于PBL的拼图式教学法对中职课程教学效果提升有所帮助。让学生明确学习的目标,并通过合作学习、良性竞争等方式互教互学共同进步,营造良好的学习氛围,提高课堂学习效果。

摘要： 2023年5月27日，由中国汽车工业协会主办的T10 ICV CTO闭门峰会在苏州高铁新城召开。此次会议汇聚了包括T10 14家头部企业和智能网联产业链上下游40余家企业CTO和专家代表参会。会议围绕产业链创新协同、车用操作系统和智能网联汽车数据安全与应用、自动驾驶量产落地等4个主题展开深入研讨和交流。中汽协会和苏州高铁新城就以上4个方面内容签署了战略合作协议。会议同期，

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。

关键词： 地下巷道   移动机械臂遥操作   UWB定位系统   三维激光扫描  

摘要： 由于煤矿机器人工作环境往往阴暗,充满粉尘、水汽,且地面湿滑、凹凸不平,因此对于煤矿机器人遥操作,传统基于视频的遥操作技术往往效果不好。以此为背景,考虑到煤矿机器人技术与移动机械臂的一致性,本文面向地下巷道提出了一种基于虚拟场景的移动机械臂遥操作系统方案,基于该方案设计了掘进机遥操作系统,并进行了集成实验平台的搭建及测试。主要工作内容如下: (1)面向地下巷道提出了一种基于虚拟场景的移动机械臂遥操作系统。该系统利用UWB(Ultra Wide Band,超宽带)实现基础定位,利用激光雷达建立巷道虚拟环境。分析了实现该系统的关键技术问题;给出了在地下巷道中采用UWB定位技术求得移动机械臂位姿的方法;对于巷道虚拟环境的建立,采用基于旋转台的激光进行三维扫描,在UWB定位的基础上实现SLAM(Simultaneous Localization And Mapping,同时定位与建图)。 (2)进一步针对煤炭巷道设计了掘进机遥操作系统。包括基于UWB的掘进机定位定姿的实现,基于俯仰旋转台的全景激光扫描系统的实现,掘进机掘进过程的设计,掘进机机身运动学模型和截割臂运动学模型的建立,以及掘进机在仿真环境中虚拟运动的控制与立体显示等。 (3)搭建了实验平台,进行了实验测试。实验平台以Pioneer 3-AT移动机器人为基础,安装了Open Manipulator机械臂,集成了掘进机遥操作系统中的UWB定位系统和激光扫描系统。在实验室环境中,建立了三维虚拟场景,证明场景精度可满足遥操作需求。

关键词： 嵌入式实时系统   动态加载   可变任务调度   形式化验证   集成开发环境  

摘要： 航天器是安全关键的实时系统,任务截止期的错失可能导致严重后果。随着航天技术的发展,航天任务越来越复杂,空间计算机从单核发展到了多核,从封闭式系统发展为可扩展开放式系统,使得任务可以并行运行和动态加载,增强了系统算力,提高了系统可扩展能力。空间嵌入式实时操作系统Space OS作为航天器功能实现最重要的载体,因此,对其提出了更高的要求,需要操作系统功能进行进一步扩展以满足要求。然而,系统的进一步扩展带来了处理器核数、任务数和任务类型的变化,增加了系统的不确定性。为了确保系统的实时性、可靠性和易用性,研究空间嵌入式实时操作系统在处理器核数变化、任务数变化和任务类型变化情况下的可变任务调度、形式化验证和开发工具具有重大的理论价值和实际意义。 通过研究,本文取得了如下研究成果: （1）针对单核处理器中间歇（Sporadic）任务动态加载时的可调度性分析问题,提出了精确布尔干扰分析方法EBIA（Exact Boolean Interference Analysis）。首先考虑了任务释放抖动和共享资源访问阻塞情况,对任务的干扰时间进行了分析,得到一个更加紧凑的可调度性判定充分条件,然后结合响应时间分析方法得出了精确布尔干扰分析方法。实验表明,EBIA的可调度性分析效率大幅度优于其它方法,且随着任务数的增加,效率优势进一步扩大。例如任务数为20时,其运行时间开销降低了76%。 （2）针对单核处理器中固定点（Fixed-point）任务和间歇（Sporadic）任务动态加载时的可调度性分析问题,提出了虚拟周期分析方法VPA（Virtual Period Analysis）。首先根据任务时间特性分配优先级,然后虚拟化所有固定点任务为一个间歇任务,对此间歇任务周期进行缩减并计算出其最差虚拟执行时间,最后按单调速率方法的利用率上界公式判定任务集的可调度性。VPA可对n个任务进行快速可调度性判定,时间复杂度仅为O（n）。在我国空间站计算机进行了对比验证,实验表明判定效率优于现有可调度性判定方法,当任务数为20时,运行时间开销降低了41.8%,可调度率提高了5.7%。 （3）针对多核处理器中间歇（Sporadic）任务的多核分组DM（Deadline Monotonic）调度和加速因子分析问题,提出了分组截止期首次优先调度方法PDM-FFD（Partitioned Deadline Monotonic First-Fit Decrease）。首先通过对任务干扰时间的分析,提出了一种更为紧凑的可调度性判定方法。然后任务按照其相对截止期以非递减顺序排序,采用First-Fit策略选择处理器核分配任务,并在各处理器核上采用DM调度策略。最后通过上述可调度性判定方法来判定任务的可调度性。证明了PDM-FFD的加速因子为3-（3Δ+1）/（m+Δ）,时间复杂度为O（n）+O（nm）,其中n为任务数,m为处理器核数,Δ为任务集相关因子。该加速因子严格小于3-1/m,优于已有多核分组调度算法FBB-FFD。实验表明,PDM-FFD的可调度率优于其它方法,且随着处理器核数的增加,可调度率优势进一步扩大。例如处理器核数为4时,其可调度率提高了18.5%。 （4）针对多核处理器中固定点（Fixed-point）任务和间歇（Sporadic）任务动态加载时的多核分配问题,提出了虚拟利用率最坏优先分配方法VU-WF（Virtual Utilization Worst Fit）。构造了一个用于满足固定点任务执行请求的虚拟延期服务器VDS（Virtual Deferral Server）,并推导了任务集的一个可调度性分析公式。然后结合VDS的容量计算特性,提出了任务分配方法VU-WF,其核心是按照处理器核的虚拟利用率从小到大顺序选择核进行任务分配。实验表明,VU-WF算法整体性能更优,不仅具有较高的可调度率和较好的负载均衡性,同时具有最低的运行时开销。在4核处理器中,与其它同样可调度性的算法对比时,负载均衡率提高了73.9%,而运行时开销降低了38.3%。 （5）针对嵌入式实时操作系统任务调度模块的正确性保证问题,提出了基于定理归纳的形式化验证方式,并以空间嵌入式实时操作系统Space OS中的任务调度模块为对象进行了验证。采用需求—设计—实现三层验证框架和Coq定理证明工具对任务调度模块的需求层、设计层和实现层进行了建模和性质验证。其中在设计层发现了一个设计缺陷并对其流程图和代码进行了修正,修正后的设计和代码通过了性质验证。需求层、设计层、实现层均通过验证,证明了任务调度模块代码实现的正确性,提高了系统可靠性。 （6）针对嵌入式实时操作系统软件开发流程复杂、可变任务调度技术难以应用问题,设计和实现了一款支持可变任务调度的新一代易用集成开发环境NE Studio（N

关键词： 遥操作系统   时变时延   网络攻击   全局有限时间稳定性  

摘要： 遥操作系统主从机器人之间通过网络实现数据传递,存在时变的时延,同时网络也很容易受到攻击。在时变时延和网络攻击条件下,遥操作系统的主从轨迹跟踪性能将明显变差甚至不稳定。本文针对时变时延和两种不同网络攻击下的遥操作控制方法展开了研究。一是在拒绝服务(Do S)攻击下,设计了一种全局有限时间切换弹性控制器;二是在虚假数据注入(FDI)攻击下,设计了一种全局有限时间卡尔曼滤波控制器。两种控制器都能够在保证遥操作系统全局有限时间稳定的同时,获得较好的主、从端机器人跟踪性能。首先,基于拉格朗日法建立了机器人的动力学模型,进一步建立了时变时延和网络攻击下的主、从遥操作系统数学模型,为后续的控制器设计奠定了理论基础。其次,针对时变时延和Do S攻击下的遥操作系统,基于全局有限时间稳定性理论,设计了一种全局有限时间切换弹性控制器,在解决Do S攻击带来的数据包丢失问题的同时,保证了系统的全局有限时间稳定性。基于Lyapunov稳定性理论进行了系统的稳定性分析,并以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出了系统稳定性条件。搭建了仿真和实际实验平台,对时变时延和Do S攻击下的遥操作系统进行了仿真与实际实验。实验结果均表明,该控制器可以较好地补偿丢失的数据包,在保证系统的全局有限时间稳定性的同时获得较好的关节位置与速度的跟踪性能。最后,针对时变时延下存在FDI攻击和噪声的遥操作系统,将带残差检验的卡尔曼滤波算法与全局有限时间控制相结合,设计了一种全局有限时间卡尔曼滤波控制器,实现了从端机器人快速准确地跟随主端机器人的运动轨迹。基于Lyapunov稳定性理论,进行了系统的稳定性分析,并以LMI的形式给出了系统稳定性条件。最后对时变时延和FDI攻击下的遥操作系统进行了仿真与实际实验。实验结果均表明,该控制器可以较好地滤除被篡改的数据包并实现系统状态的最优估计,在保证系统的全局有限时间稳定性的同时获得较好的关节位置与速度的跟踪性能。

关键词： 教学做一体   Linux教学改革   VMware项目驱动  

摘要： Linux操作系统课程成为技工院校信息技术类专业的主干课程，但多数学生学习该课程的成效不佳。本文以计算机网络专业为例，阐述如何开展Linux操作系统课程教学改革，实现教学做一体化，以激发学生学习潜能，提升教学效果。

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.

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。