【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,基于Forth虛擬機的嵌入式操作系統(tǒng)在心率監(jiān)測器、生物基因工程、人工智能、機器學(xué)習(xí)等熱門領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,對系統(tǒng)的實時性、并發(fā)性、穩(wěn)定性和安全性的要求不斷提高,對系統(tǒng)的內(nèi)存管理也提出了新的需求。可靠、高效的內(nèi)存管理模塊成為該系統(tǒng)不可或缺的部分。然而基于Forth虛擬機的嵌入式操作系統(tǒng)原有的內(nèi)存管理則沿用了Forth系統(tǒng)一貫的方式和習(xí)慣。這類系統(tǒng)通常采用已知調(diào)度時機的協(xié)同式輪詢調(diào)度機制,使得系統(tǒng)的內(nèi)存映像可預(yù)知。為了簡化系統(tǒng)設(shè)計、充分發(fā)揮Forth擅長的底層操作能力,在多任務(wù)內(nèi)存空間管理上采用了靜態(tài)的方式向內(nèi)存地址增加的方向為任務(wù)順序地分配內(nèi)存,并且不提供內(nèi)存回收和空間復(fù)用機制,將內(nèi)存直接交給開發(fā)者管理,沒有提供完整的內(nèi)存管理模塊。隨著基于Forth虛擬機的優(yōu)先級搶占和分時輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法研究的興起,實時、并發(fā)多任務(wù)的出現(xiàn)使得調(diào)度時機和內(nèi)存映像變得無法預(yù)知,現(xiàn)有粗放式的內(nèi)存管理方式將難以適應(yīng)當(dāng)今Forth系統(tǒng)的發(fā)展。為了提高系統(tǒng)的內(nèi)存利用率、增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性、方便開發(fā)者使用,有必要打破Forth原有的內(nèi)存管理方式,開發(fā)一種基于Forth虛擬機的動態(tài)內(nèi)存管理模塊,以滿足基于Forth虛擬機的嵌入式操作系統(tǒng)在實時性、并發(fā)性等方面的需求。本文選題于國家自然科學(xué)基金資助項目——Forth虛擬機架構(gòu)的嵌入式操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究的子課題,為多任務(wù)管理、多任務(wù)實時調(diào)度等相關(guān)子課題的研究提供動態(tài)內(nèi)存管理模塊。本文通過對Forth虛擬機、任務(wù)調(diào)度、多任務(wù)管理等關(guān)鍵技術(shù)的研究,設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于Forth虛擬機的嵌入式操作系統(tǒng)的動態(tài)分區(qū)內(nèi)存管理算法,并在嵌入式平臺上驗證了該算法的正確性、可行性和有效性。該算法實現(xiàn)了硬件抽象,屏蔽了系統(tǒng)底層硬件細節(jié),增加了算法的可移植性,不僅提供了內(nèi)存分配和內(nèi)存回收機制,還實現(xiàn)了內(nèi)存信息掉電恢復(fù)功能,為選題項目的其它子課題的研究提供了安全、高效的內(nèi)存管理模塊。
【圖文】：

Ｆｏｒｔｈ虛擬機依托于Ｆｏｒｔｈ核心字典，米用穿線編碼技術(shù)搜索字典結(jié)構(gòu)，以核逡逑心算法ＤＯ＿ＮＥＸＴ為基礎(chǔ)實現(xiàn)Ｆｏｒｔｈ虛擬機和宿主機指令之間的映射，使用Ｆｏｒｔｈ逡逑虛擬機的核心指令模擬ＣＰＵ的處理過程［５５］。隨著芯片技術(shù)和編譯技術(shù)的發(fā)展，逡逑Ｆｏｒｔｈ虛擬機也被不斷改進，增加了一些必要的寄存器到Ｆｏｒｔｈ虛擬機中［５６］。以逡逑ＡＴｍｅｇａ為例，Ｆｏｒｔｈ虛擬機和ＣＰＵ的部分指令映射關(guān)系如表２．１所示。逡逑邐表２．１寄存器映射邐逡逑Ｆｏｒｔｈ邋Ｒｅｇｉｓｔｅｒ邐邐ＡＴｍｅｇａ邋Ｒｅｇｉｓｔｅｒ邐逡逑Ｗ：Ｗｏｒｋｉｎｇ邋Ｒｅｇｉｓｔｅｒ邐Ｒ２２：Ｒ２３逡逑ＩＰ：Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋Ｐｏｉｎｔｅｒ邐ＸＨ：ＸＬ（Ｒ２７：Ｒ２６）逡逑ＲＳＰ：Ｒｅｔｕｍ邋Ｓｔａｃｋ邋Ｐｏｉｎｔｅｒ邐ＳＰＨ：ＳＰＬ逡逑ＰＳＰ：Ｐａｒａｍｅｔｅｒ邋Ｓｔａｃｋ邋Ｐｏｉｎｔｅｒ邐ＹＨ：ＹＬ（Ｒ２９：Ｒ２８）逡逑ＵＰ：Ｕｓｅｒ邋Ｐｏｉｎｔｅｒ邐Ｒ４：Ｒ５逡逑ＴＯＳ：Ｔｏｐ邋ｏｆ邋Ｓｔａｃｋ邐Ｒ２４：Ｒ２５逡逑：ｅｍｏｒａｒＲｅｉｓｔｅｒ邐ＺＨ：ＺＬＲ３１邋：Ｒ３０

③將返回棧指針ＲＳＰ的值加２。逡逑２＿邋３邋ＦＶＭ０Ｓ的整體架構(gòu)逡逑ＦＶＭＯＳ的整體架構(gòu)如圖２．２所示。該架構(gòu)的Ｆｏｒｔｈ核心字典和Ｆｏｒｔｈ虛擬機逡逑構(gòu)成了邋Ｆｏｒｔｈ基本系統(tǒng)（Ｆｏｒｔｈ邋Ｂａｓｅ邋Ｓｙｓｔｅｍ，邋ＦＢＳ），其中Ｆｏｒｔｈ虛擬機的核心算法逡逑為ＤＯ＿ＮＥＸＴ，該算法實現(xiàn)了邋Ｆｏｒｔｈ虛擬機指令與宿主機指令的一一對應(yīng)。Ｆｏｒｔｈ逡逑核心字典中包括基本字、匯編字和核心字。Ｆｏｒｔｈ基本系統(tǒng)的底層為ＣＯＤＥ定義，逡逑上層為高級定義（冒號定義）。為了使得目標系統(tǒng)更簡潔，該架構(gòu)設(shè)置了可裁剪的逡逑Ｆｏｒｔｈ基本系統(tǒng)，如果應(yīng)用環(huán)境不需要在線交互，則該系統(tǒng)中可以裁去文本解釋器逡逑［１］。ＦＶＭＯＳ架構(gòu)運行在Ｆｏｒｔｈ核心字典和主控循環(huán)ＱＵＩＴ之上，，屏蔽了底層硬件逡逑細節(jié)，有效地增加了系統(tǒng)的安全性和可移植性。ＦＶＭＯＳ將Ｆｏｒｔｈ虛擬機上運行的逡逑可重入的Ｆｏｒｔｈ代碼全部存儲到ＦＬＡＳＨ中
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP302;TP316;TP333

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 代紅兵;楊為民;王麗清;周永錄;;多目標Forth自生成器的研究與實現(xiàn)[J];計算機應(yīng)用研究;2014年04期

2 王麗清;楊為民;代紅兵;周永錄;;嵌入式FORTH虛擬計算機的實現(xiàn)[J];電子世界;2013年18期

3 謝銀橋;李廣軍;;基于μC/OS-II的一種嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理方案[J];福建電腦;2006年07期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 池元武;嵌入式實時操作系統(tǒng)動態(tài)內(nèi)存管理優(yōu)化方案的研究[D];上海交通大學(xué);2011年

2 柴繼國;嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理的研究與實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2006年

本文編號：2603528