軟硬件混合式操作系統(tǒng).pdf

1、本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的軟硬件混合結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng),主要用于解決單核處理器中多任務(wù)并行處理局限性問(wèn)題。在本論文中,首先通過(guò)介紹操作系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀闡明軟硬件混合式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的意義,然后根據(jù)FPGA的應(yīng)用特點(diǎn)確定混合式操作系統(tǒng)的主體功能,并借鑒μC/OS-II結(jié)構(gòu)對(duì)混合式操作系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。之后對(duì)混合式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明,操作系統(tǒng)主要包括運(yùn)行在Nios II處理器上的軟件部分以及通過(guò)FPGA硬件邏輯單元實(shí)現(xiàn)的硬件部分

2、,軟件部分與硬件部分間的信息交互通過(guò)Avalon總線實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)的硬件部分包括硬核任務(wù)模塊、硬核消息模塊以及內(nèi)核加速模塊三個(gè)部分,而操作系統(tǒng)軟件部分包括硬核控制層、操作系統(tǒng)內(nèi)核以及應(yīng)用程序庫(kù)三個(gè)部分。最后在論文的系統(tǒng)測(cè)試環(huán)節(jié)將混合式操作系統(tǒng)與μC/OS-II進(jìn)行性能、資源占用等方面的對(duì)比,在該測(cè)試中雖然混合式操作系統(tǒng)相較μC/OS-II多占用約1500個(gè)FPGA邏輯單元,但獲得了真正的多任務(wù)并行處理能力以及200倍以上的消息傳遞性能提

3、升。
　　在軟硬件混合式操作系統(tǒng)中,硬件部分定義了統(tǒng)一的模塊設(shè)計(jì)框架,便于操作系統(tǒng)的維護(hù)和移植,也減小操作系統(tǒng)使用者的程序開(kāi)發(fā)難度;軟件部分定義了代碼的層次化結(jié)構(gòu),既能對(duì)操作系統(tǒng)硬件部分進(jìn)行有序控制,又能避免操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼被無(wú)意修改。硬件部分用來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并行處理以及任務(wù)間高速消息傳遞,軟件部分用于兼容傳統(tǒng)操作系統(tǒng)功能并協(xié)調(diào)硬件部分工作。操作系統(tǒng)的這種軟硬件混合式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),不但提升了操作系統(tǒng)的多任務(wù)并行處理能力,還保證了應(yīng)用程序