本文關鍵詞：基于嵌入式的半虛擬化應用系統(tǒng)的研究與實現，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來,嵌入式領域發(fā)展迅猛,處理器性能更是飛速發(fā)展。然而,由于通用操作(如Linux等)采用的是基于公平原則的調度算法,無法保證實時響應,而實時系統(tǒng)雖然能夠實時響應但缺乏應用支持,已經無法滿足人們各式各樣的應用需求,將實時操作系統(tǒng)(RTOS)和通用操作系統(tǒng)(GPOS)結合起來不僅能帶來及時、可確定的實時響應能力,又可以提供大量應用。為了解決上述問題,能在單個硬件平臺上運行多個虛擬機的虛擬化技術(Virtualization Technology)是一個非常有前景的解決方案。使用虛擬化技術后,RTOS和GPOS就可以作為客戶虛擬機運行在同一個硬件平臺上,從而更有效地利用CPU資源。 虛擬化技術在桌面和服務器領域已經非常成熟,但是在嵌入式平臺還面臨很多挑戰(zhàn),很多限制因素需要考慮,通過借鑒X86平臺的一些虛擬化方法并針對嵌入式平臺的特點,本文提出一種基于Xen-ARM的嵌入式半虛擬化體系結構,將實時系統(tǒng)uCOS-Ⅱ和通用操作系統(tǒng)Linux結合在一起。 本文首先在第二章介紹了虛擬化過程中的一些關鍵技術,虛擬機監(jiān)控器(VMM)的分類及特點,接著第三章分析了當前嵌入式虛擬化的研究現狀、嵌入式平臺的限制因素和嵌入式虛擬化的研究意義并在此基礎上選擇了基于Xen的半虛擬化方法,然后完成半虛擬的設計,包括CPU虛擬化、內存虛擬化和設備虛擬化、時間與時鐘服務虛擬化,第四章介紹了實現虛擬化的硬件平臺,通過在uCOS-Ⅱ中加入硬件抽象層,使uCOS-Ⅱ作為客戶操作系統(tǒng)運行于虛擬機中,然后分析虛擬化對實時性能的影響,提出RTOS獨占部分實時要求較高的I/O設備的解決方案,并且調整調度算法使RTOS獲得足夠的CPU帶寬,盡量減少VMM調度對實時性能的影響。最后在第五章中完成了對虛擬化系統(tǒng)實時性能驗證,通過構建高速AD采樣測試例,并與Linux進行對比,實驗結果表明,虛擬環(huán)境下的RTOS的響應速度可達到微秒級。
【關鍵詞】：嵌入式 半虛擬化 Xen uCOS-Ⅱ
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP302
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-16
• 1.1 研究背景與意義12
• 1.2 國內外研究現狀12-13
• 1.3 本論文研究內容及章節(jié)安排13-16
• 1.3.1 本論文研究內容13-14
• 1.3.2 本論文章節(jié)安排14-16
• 第2章 系統(tǒng)級虛擬化關鍵技術16-25
• 2.1 系統(tǒng)級虛擬化的優(yōu)勢17-18
• 2.1.1 封裝性17
• 2.1.2 多實例17
• 2.1.3 隔離17-18
• 2.1.4 硬件無關性18
• 2.1.5 特權功能18
• 2.3 虛擬機監(jiān)控器的分類能為18-22
• 2.3.1 按虛擬平臺分類18-20
• 2.3.2 按實現結構分類20-22
• 2.4 典型虛擬化產品及其特點22-24
• 2.4.1 VMware22-23
• 2.4.2 Xen23-24
• 2.4.3 KVM24
• 2.5 本章小結24-25
• 第3章 基于嵌入式的半虛擬化總體結構設計25-39
• 3.1 軟硬件規(guī)劃25-28
• 3.1.1 硬件規(guī)劃25-26
• 3.1.2 虛擬機操作系統(tǒng)系統(tǒng)規(guī)劃26-27
• 3.1.3 虛擬化平臺規(guī)劃27-28
• 3.2 嵌入式虛擬化的設計要求28-29
• 3.2.1 功能整合提高利用率28-29
• 3.2.2 降低成本和減少功耗、硬件尺寸、重量29
• 3.2.3 提高安全性和可靠性29
• 3.2.4 縮短開發(fā)周期29
• 3.3 嵌入式平臺的需要考慮的限制因素29-30
• 3.3.1 硬件資源苛刻29
• 3.3.2 處理能力有限29-30
• 3.3.3 實時性要求30
• 3.4 基于Xen的嵌入式半虛擬化實現方案30-38
• 3.4.1 CPU虛擬化31-34
• 3.4.2 內存虛擬化34-35
• 3.4.3 I/O虛擬化35-37
• 3.4.4 時間與時鐘服務37-38
• 3.5 本章小結38-39
• 第4章 嵌入式半虛擬化的實現39-56
• 4.1 硬件平臺39-40
• 4.2 Xen內核初始化40-44
• 4.2.1 準備工作40-41
• 4.2.2 平臺初始化41-42
• 4.2.3 Xen初始化42-44
• 4.3 超級調用擴展44-45
• 4.4 共享內存頁實現45-48
• 4.4.1 Start Info Page46-47
• 4.4.2 Shared Info Page47-48
• 4.4.3 高速采集數據共享數據結構48
• 4.5 混合驅動模型的實現48-49
• 4.6 實時系統(tǒng)uCOS-Ⅱ的虛擬化49-54
• 4.6.1 uCOS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)49-50
• 4.6.2 虛擬化硬件接口50
• 4.6.3 時鐘事件處理50-52
• 4.6.4 任務堆棧52-54
• 4.7 一種提高虛擬機實時響應性能的改進54-55
• 4.8 本章小結55-56
• 第5章 測試與結果分析56-61
• 5.1 測試環(huán)境搭建56
• 5.1.1 硬件環(huán)境56
• 5.1.2 軟件環(huán)境56
• 5.2 高速AD采樣實例56-57
• 5.3 實時性能測試57-60
• 5.3.1 實時與非實時系統(tǒng)下采樣結果對比59-60
• 5.4 本章小結60-61
• 結論與展望61-62
• 結論61
• 進一步工作61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果67

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：基于嵌入式的半虛擬化應用系統(tǒng)的研究與實現，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：352352