摘要:
随着近年来中国航天事业飞速发展,卫星应用的领域不断拓宽,卫星的软件功能也越来越复杂,使用操作系统对星上任务和星上有效载荷进行管理已经是必然的趋势.国产龙芯1E处理器的出现,以其高性能,低功耗的特点,打破国外对我国航天芯片的封锁.在此背景下,研究基于龙芯平台的嵌入式实时Linux系统移植具有重要的意义.本文在分析国内外嵌入式操作系统的基础上,研究了标准Linux内核的实时性方法,分析了将实时Linux移植到龙芯1E平台上的可行性,结合航天项目特殊性,设计改进了Linux系统的异常处理策略,根据航天任务的需求对内核进行裁剪,最后测试平台的实时性能.本文的主要工作为设计搭建了基于龙芯处理器的嵌入式实时操作系统平台,对国内航天领域基于MIPS架构处理器的嵌入式实时操作系统的应用研究进行了有益的探索.本文的主要研究内容包括:(1)在对常用实时操作系统进行详细调研的基础上,对比分析它们的特点,选择使用RT-Preempt patch对Linux进行实时性提升方案.同时分析RT-Preempt patch的中断线程化,临界区可抢占,高精度时钟,实时调度策略,优先级继承等技术的原理.(2)在分析MIPS架构下BootLoader的引导过程和Linux系统启动方式的基础上,实现了BootLoader引导Linux内核启动;成功移植安装RT-Preempt patch的Linux内核,并完成根文件系统制作;针对航天项目可靠性特殊需求,,设计改进MIPS架构操作系统异常处理机制.(3)针对嵌入式系统资源紧张的问题,在分析Linux内核的模块化设计机制基础上,通过三种不同粒度的裁剪方式,对内核进行模块级,函数级和代码级的裁剪.(4)完成移植剪裁后操作系统的关键实时性能指标测试,包括:平台上下文切换时间,中断响应和恢复时间;使用专业的实时测试工具Cyclictest对平台进行测试,对测试结果进行总结分析.最后,本文通过实验测试,表明RT-Preempt patch可以有效的提高标准Linux的实时性,基于龙芯处理器的嵌入式实时Linux平台能够满足航天项目对操作系统实时性的需求.
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