本文關(guān)鍵詞： 多核處理器 smp ucos-iii 核間通信 ucos-smp　出處：《電子科技大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展,相較之4、5年前,多核處理器價(jià)格已經(jīng)十分低廉,并且在linux、android等操作系統(tǒng)的支持下,大到汽車(chē)多媒體系統(tǒng),小到智能手表,無(wú)不在通過(guò)一塊多核芯片為人們帶來(lái)高效與便捷的服務(wù)。然而對(duì)于多核處理器及其操作系統(tǒng)原理研究卻不像單核時(shí)代那么簡(jiǎn)單。一方面芯片廠商對(duì)產(chǎn)品部分資料保密,并且不提供裸板級(jí)的開(kāi)發(fā)支持。另一方面支持多核的嵌入式操作系統(tǒng)及其資料雖然有很多,但大多只提供應(yīng)用級(jí)開(kāi)發(fā)支持與說(shuō)明,對(duì)其內(nèi)核原理分析非常有限。這些問(wèn)題都為研究多核硬件原理以及多核操作系統(tǒng)技術(shù)帶來(lái)了不便,也是高校中,嵌入式課程與實(shí)踐中多核技術(shù)教學(xué)缺乏、多核技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)很少采用真實(shí)硬件的重要原因之一。為改善上述狀況,本論文選擇以搭載有ARM Cortex A9 MPCore雙核的Zynq-7000平臺(tái)作為硬件研究對(duì)象,深入分析了多核處理器中多cpu協(xié)同工作原理。同時(shí)對(duì)單核嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)ucos-iii各功能模塊的實(shí)現(xiàn)原理與工作流程進(jìn)行了深入研究,并對(duì)其啟動(dòng)、任務(wù)管理、互斥同步、中斷管理和時(shí)鐘管理的smp支持性進(jìn)行了分析。隨后結(jié)合smp對(duì)稱多處理器操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),提出與設(shè)計(jì)了對(duì)ucos-iii進(jìn)行smp擴(kuò)展的方案。本文首先通過(guò)將多核核間中斷與內(nèi)存共享相結(jié)合,設(shè)計(jì)了核間通信機(jī)制。然后在任務(wù)管理方面,提出采用Per-CPU就緒任務(wù)隊(duì)列模型,對(duì)各cpu私有內(nèi)核資源進(jìn)行隔離,并基于核間通信機(jī)制擴(kuò)展了核間任務(wù)管理方法。除此之外還設(shè)計(jì)了基于自旋鎖的內(nèi)核鎖與關(guān)中斷+自旋鎖機(jī)制,為互斥與同步的多核化改造提供支持。最后,本文在前面提出的擴(kuò)展方案的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了核間通信,并對(duì)單核嵌入式操作系統(tǒng)ucos-iii中系統(tǒng)啟動(dòng)、任務(wù)管理、同步互斥這三個(gè)模塊進(jìn)行了smp擴(kuò)展實(shí)現(xiàn),并將擴(kuò)展后的ucos-smp在搭載有Zynq-7000芯片的mi-z702嵌入式開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行了移植與部署。同時(shí)對(duì)ucos-smp中擴(kuò)展部分在真實(shí)硬件環(huán)境下進(jìn)行了一系列功能實(shí)現(xiàn)正確性驗(yàn)證與性能指標(biāo)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,ucos-smp功能實(shí)現(xiàn)達(dá)到預(yù)期,綜合性能相對(duì)ucos-iii得到顯著提升。
[Abstract]:With the continuous development of chip technology, compared with 4, 5 years ago, the price of multi-core processors has been very low, and with the support of operating systems such as Linux android, from automobile multimedia systems to smartwatches, But the research on the principle of multi-core processor and its operating system is not as simple as in the single-core era. On the one hand, the chip manufacturers keep part of the product data secret. On the other hand, although there are a lot of embedded operating systems and materials that support multi-core, most of them only provide application level development support and description. The analysis of its kernel principle is very limited. These problems have brought inconvenience to the study of multi-core hardware principle and multi-core operating system technology, and are also the lack of multi-nuclear technology teaching in embedded courses and practice in colleges and universities. One of the important reasons why real hardware is rarely used in multi-nuclear research experiments. In order to improve the above situation, this paper chooses the Zynq-7000 platform with ARM Cortex A9 MPCore as the hardware research object. In this paper, the principle of multi-#en0# cooperative working in multi-core processor is analyzed, and the realization principle and workflow of ucos-iii function module of single-core embedded real-time operating system are also studied, and its startup, task management, mutual exclusion synchronization are also discussed. The smp support of interrupt management and clock management is analyzed. Then the key technologies of smp symmetric multiprocessor operating system are combined. This paper proposes and designs a smp extension scheme for ucos-iii. Firstly, by combining multi-core interrupt with memory sharing, an inter-core communication mechanism is designed. Then, in task management, a Per-CPU ready task queue model is proposed. The cpu private kernel resources are isolated, and the inter-kernel task management method is extended based on the inter-kernel communication mechanism. In addition, the kernel lock and switch interrupt spin lock mechanism based on spin lock are designed. Finally, on the basis of the extended scheme proposed above, the communication between cores is realized, and the system startup and task management in ucos-iii, a single-core embedded operating system, are implemented. The three modules of synchronous mutex are implemented by smp extension. The extended ucos-smp is transplanted and deployed on the mi-z702 embedded development board with Zynq-7000 chip. At the same time, a series of functional correctness verification and performance index testing are carried out for the extended part of ucos-smp in the real hardware environment. The test results show that the realization of ucos-smp function meets the expectation. The comprehensive performance is significantly improved compared with ucos-iii.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP316;TP332

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本文編號(hào)：1552466