嵌入式实时系统

摘要： 嵌入式实时系统的正确性不仅取决于计算结果的正确性,更取决于产生结果时间的正确性。然而软件不确定的并发执行带来系统时间行为不可预测问题,使得验证复杂度升高,成本增加,为此实时系统领域提出了许多实时编程语言来提高系统的时间可预测性。LET(logical execution time)模型结合了同步模型ZET(zero execution time)和异步模型BET(bounded execution time)的优点,对时间具有很强的可预测性,但现有采用LET模型的实时编程语言,缺少基于高级通用语言的实现,故提出一种基于LET模型的实时编程语言——TBC。该语言基于C扩展了具有时间语义的语法结构,使得C语言本身具有表示时间语义的能力,并通过独特的编译技术对时间语义进行分析处理,将TBC转换为具有时间操作的指令集TTI。

摘要： 为了有效解决系统作业调度中实时任务错过率过高、处理器资源利用不合理等问题,文章在LST算法的基础上进行改进,提出了一种PID-FC-LST算法。该算法增加了反馈控制模块,根据任务急迫性,划分任务调度优先等级,通过运行优先级映射器,控制任务执行先后顺序。测试结果显示,PID-FC-LST算法的任务错过率不超过0.53%,处理器利用率最大值为98.9%。与LST算法相比,该算法能够更为合理地利用处理器资源,有效地降低任务错过率。

摘要： 本文基于国产嵌入式实时操作系统锐华(ReWorks)设计并实现了 POWERLINK实时以太网主站解决方案,并在龙芯2K1000平台的网关控制器上进行应用,支持POWERLINK组网实时通信和双网冗余.基于ReWorks的POW-ERLINK 主站控制器具有高可靠性、高实时性且方便开发调试等特性,可满足高安全实时控制与通信的工业控制、轨道交通、机器人运动控制等领域需求.测试结果表明,可满足安全工业互联网对实时稳定、自主可控、安全可靠的较高要求.

摘要： 实时嵌入式系统(RTES)广泛应用于不同领域,据估计,到 2020 年,全球将有超过 400 亿台嵌入式计算设备。通常,在真实环境和实际部署平台上对 RTES 软件进行大规模测试是不可行的。因为测试价格昂贵,故障的后果也可能是灾难性的,并且在合理的时间范围内可以实现的环境变化的数量很少。文章提出了一种嵌入式实时系统仿真测试建模方法,包括被测系统(SUT)的交联设备建模、测试用例、测试调度和测试系统服务。最后,成功执行了此自动化测试平台,实现了嵌入式实时软件的实时、闭环和自动化系统测试。

摘要： 为了提高硅铁矿热炉加料车实时轮廓轨迹运动控制系统项目的研发效率,降低项目的整体编程难度,缩短开发周期,在项目研发过程中运用软硬件协同的思想,对项目进行了多任务设计和轮廓轨迹限位运动控制.对影响控制系统可靠性、实时性、准确性的关键控制变量,通过综合运用资源共享、线程的互斥、多线程控制、同步、并发、实时调度算法等方法加以处理,在此基础上应用UML建模技术,通过用例图、类图、时序图从不同侧面描述了加料车实时轮廓轨迹运动控制系统的功能、结构和行为.通过项目的实施表明,应用这种方法开发项目,能有效减少项目开发过程中的返工和接口错误,提高研发效率;且能满足加料车实时轮廓轨迹运动控制系统对实时性、可靠性方面的要求.

摘要： 分析了数字信号处理器(DSP)6713的中断模式,提出了一种轻量级的抢占式实时任务调度方法.该方法与常用的嵌入式实时操作系统不同,仅依靠6713的中断机制实现,代码量小,任务切换速度快,对硬件资源的要求低,还能够进行简单的任务优先级管理,适用于资源较少的嵌入式实时系统.

摘要： 当前常用的劣质数据动态清理方法规模大,需对其进行剪枝处理后,才可应用于劣质数据动态清理中,不仅效率低;且清理结果不准确.因此,提出一种新的嵌入式实时系统中劣质数据动态清理方法.劣质数据主要包括错误数据、重复数据和不完整数据,利用统计学求期望方法对错误进行清理,计算得到一个可信区间的基准范围,依据该基准范围对错误数据进行清理.利用编辑距离获取两个字符串之间的相似度,通过得到的相似度对重复数据进行动态清理.对嵌入式实时系统数据库中所有记录的不完整性进行评估,依据评估结果决定是否清除相应数据.实验结果表明,所提方法针对劣质数据有很高的清理准确性.%The current size of the inferior data dynamic commonly used cleaning method, need to prune its treatment before they can be used in poor dynamic data cleaning, not only the efficiency is low, and the cleaning results are not accurate.Therefore,the poor dynamic data cleaning method is a new embedded real-time system, the inferior data mainly includes error data, repeated data and incomplete data, using statistical methods to clean up the expectation error,calculated on the basis of a range of confidence intervals, on the basis of the reference range of error data cleaning.Using the edit distance to obtain the similarity between the two strings, the data ob-tained through the similarity of dynamic cleaning.The integrity of all records in the embedded real-time system da-tabase is evaluated,and the corresponding data are determined according to the evaluation results.The experimen-tal results show that the proposed method has a high accuracy for poor quality data.

摘要： 在嵌入式实时系统中,数据在采集过程中容易出现丢失现象、在传输过程中容易受到外界攻击变成劣质数据,威胁整个系统的安全.当前劣质数据检测方法通过聚类法实现,不仅通信开销大,而且检测性能低下.为此,提出一种新的嵌入式实时系统中劣质数据动态检测方法,建立嵌入式实时系统.介绍自回归模型的构建方法,通过优质数据的变化规律构建自回归模型.为了使构建的自回归模型的误差尽可能地接近0,面对嵌入式实时系统的动态变化对构建的模型进行自适应调整.通过调整后的模型对嵌入式实时系统中劣质数据进行检测,给出检测过程.实验结果表明,采用所提方法对劣质数据进行动态检测,检测精度和效率较高,通信开销较低,整体性能优异.%In embedded real-time system,data is prone to loss in the transmission process,vulnerable to outside attacks into bad data in the collection process,threatening the safety of the whole system,the bad data detection method is realized by the clustering method,not only the communication overhead,and the detection performance is low.To this end,a new method of dynamic detection of bad data in embedded real-time system is put forward.The construction method of autoregressive model introduced,the variation of quality data to construct the autoregressive model,in order to make the autoregressive error as much as possible close to 0,in the face of the dynamic changes of the embedded real-time system to adjust the model,by adjusting the model after detection of bad data in embedded real time system the detection process is given.The experimental results show that the proposed method is used to detect the low quality data,the detection accuracy and efficiency are high,the communication cost is low,and the overall performance is excellent.

摘要： 为了满足飞艇实际飞行过程对通信可靠性和实时性的需求,半物理仿真系统的飞艇模型计算机采用以PC为平台的Xpc嵌入式实时系统,飞控计算机采用以PowerPC为平台的VxWork嵌入式实时系统,通过ARINC429协议完成数据通讯;硬件上,PowerPC通过桥接芯片访问并控制PCI设备;软件上,按照Xpc系统和vxWork系统PCI设备驱动程序的编写流程,分析了xPC内存驱动框架和vxBus驱动框架关键技术点,设计了飞艇模型计算机Xpc和飞控计算机Vxwork的ARINC429通讯卡驱动程序;通过实际的应用,证实所开发的ARINC429驱动程序满足飞艇半物理仿真平台数据通讯的可靠性和实时性.

摘要： 针对嵌入式实时系统缺乏有效的软件能耗建模与分析的方法,提出一种基于进程代数的嵌入式实时系统软件能耗建模与分析的方法.通过在时间通信顺序进程上扩展价格信息得到价格时间通信顺序进程,将嵌入式实时系统指令的功耗映射成为价格时间通信顺序进程的价格,利用价格时间通信顺序进程对嵌入式实时系统软件能耗建模并进行量化分析,提出的最优路径算法可以对建模结果进行指令功耗可满足性检查并计算当前最低能耗可达路径.本方法可以从很大程度上提高嵌入式实时系统软件能耗计算和分析的准确性,计算结果有助于嵌入式实时系统软件能耗的量化分析和优化设计.

摘要： 在嵌入式实时系统中,周期任务的调度一直是研究的热点.研究了多个周期任务调度算法,根据任务的调度周期和调度时刻设置时钟中断触发间隔,设计了调度周期不同、调度时刻不同以及两者都不同的情况下的多个周期任务调度算法,并从占用空间和运行效率方面对算法进行分析,最后给出了调度算法的混合应用示例.

摘要： 随着片上多核处理器在嵌入式实时系统中的应用,片上共享资源给任务的WCET分析带来诸多挑战,使得对多核共享资源冲突问题的研究变得非常重要.依据研究的目标,可以把目前已有的研究分为面向共享资源冲突分析和面向共享资源冲突约束两大类.对于面向共享资源冲突分析问题,探讨了不同共享资源冲突产生的原因,概括和比较了典型的冲突分析方法的优势和局限性;对于面向共享资源冲突约束问题,给出了其主要的研究内容,并评述和分析了几种主流的冲突约束方法.最后针对目前的研究状况指出了一些研究方向.

摘要： 节能设计是嵌入式实时系统中一个重要的研究方向.目前的研究大多采用串行任务模型,很少关注并行任务.本文研究了在离散工作模式与实时约束下,多核平台下的线性加速比并行实时任务的能耗最小化问题.本文假设所有处理器核都支持 DVS 技术且加速比是线性的,在此条件下,本问首先给出一个定理证明了当各任务执行在系统全部核上时系统能耗最小.然后,将问题建模为一个 0-1 整数线性规划,利用最早截止期优先算法确定任务调度,并给出了两个高效的节能算法确定各任务的工作频率.论文最后通过大量的模拟实验,证明本文提出的算法的效果显著,可以达到几乎与最优解相同的节能效果.

摘要： 在嵌入式系统中,任务调度算法的好坏是影响系统性能一个重要因素。经典实时调度算法,都是按任务的确定执行时间进行调度,会浪费各种资源,实际上任务的执行时间与CPU的运行情况相关。针对网络多媒体系统的实时应用需求和当前调度算法的实时性能的不足问题,分析了嵌入式实时系统中有代表性的动态EDF(Earlist Deadline First)调度算法,以截止期限作为优先级的评测标准，容易导致某些截止期限长(优先级低)且重要的任务不能得到满足,且当任务负载过大时，CPU利用率下降快等缺限,建立了一个周期性的任务集模型，依据该模型,提出一个改进的EDF调度算法，经理论分析和仿真实验表明，在非过载情况下,该算法可以达到与EDF算法相当的调度性能,且CPU利用率高于EDF算法；在过载的情况下,相比EDF算法具有更好的调度性能，能够有效地提高重要任务的成功调度，降低了任务截止期错失率；证明了改进的EDF调度算法的有效性。

摘要： 低功耗目前已成为嵌入式实时系统设计中非常重要的性能需求。动态电压调度DVS机制通过动态调整处理器电压进而有效降低系统功耗,正在逐渐得到广泛应用。抢占阈值调度策略实现双优先级系统,每个任务具有两个优先级,任务优先级被用于任务之间竞争处理器,而抢占阈值作为任务开始运行后实际使用的优先级,从而减少现场切换次数,降低系统功耗,同时也提高整个任务集合的可调度性。本文提出一种在线节能调度算法EPTS,拓展抢占阈值调度模型,在任务执行过程中动态调节处理器电压,力求在保证任务集合可调度性的前提下尽可能减少系统功耗,提高系统性能。而后在AMD Athlon4处理器和RT-Linux平台上实现了EPTS调度器,实验证明对于实际任务集合能够有效节能,提高了处理器的利用率,改善了RT-Linux 的实时性能。

摘要： 根据嵌入式实时系统的需求及应用领域中任务的特点,提出一种针对两种常见的不同类型任务,进行自适应调度算法ERTAS(Real-Time Embedded Adaptive Scheduling Algorithm,并提出了其系统结构.分析μC/OS-Ⅱ内核中与调度相关的数据结构,提出在其内核中自适应调度算法的实现,主要是包括控制器与基础调度器的实现.通过仿真实验比较了改进的设计算法与原调度算法的性能,通过分析说明了该调度算法的可行性.

摘要： 在开放式嵌入式实时系统中，多个实时和非实时的应用程序可以共享同一处理器资源，基于资源预留的分层调度能够为应用提供资源上的隔离支持，从而提高应用程序对时间约束的鲁棒性.在已有的资源预留策略中，有界延迟模型是一种动态的资源分配算法，它定义了在任意时间周期上系统最少可用的处理器时间.基于网络分析理论中的负载约束函数和服务约束函数概念，分析了在该资源分配模型下采用静态优先级调度可调度时的资源利用率最小上界，给出了一个任务组可调度的充分条件，讨论了有界延迟资源模型中参数的设计方法.本文提出的可调度分析方法为资源预留调度系统的分析提供了一种新的方法。

摘要： 本文介绍了在嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ中,改变原来按优先级的调度策略,实现各任务之间按时间片轮转调度策略,并给出了两种实现方法,同时对两种实现方法进入测试和比较,得出这两种调度策略都可行.在应用时,不同的使用场合应选择不同的方法.

摘要： 分布式嵌入实时数据库系统对于系统中的数据管理起着至关重要的作用.现有的一些数据库系统体积庞大,内存消耗大,网络交互复杂,实时性能不能满足系统需要.为此,在研究了Berkeley DB的基础上,对其数据模型、数据字典、网络特性、事务处理等方面进行了优化,设计了一个基于Berkeley DB核心的分布式嵌入实时数据库引擎.这种简洁的轻量级数据库系统更适合于嵌入式实时系统应用,可以为其提供更丰富的数据管理功能.

摘要： 本发明公开了一种嵌入式非对称实时系统及电力二次设备，部署于多核处理器上，包括：一个可部署于嵌入式系统的操作系统、至少一个硬实时任务调度系统以及用于连接所述操作系统和硬实时任务调度系统或者硬实时任务调度系统之间的多业务自适应信息桥；或者，至少两个硬实时任务调度系统以及用于连接硬实时任务调度系统之间的多业务自适应信息桥。本发明适用所有电力二次设备的应用场景，实现了电力二次设备对于硬实时响应要求，系统稳定。

摘要： 本发明公开了一种基于嵌入式实时系统的实时调试方法，包括：在PC机安装GUI程序和GDB调试程序，在嵌入式设备上安装多线程服务器程序和中断服务程序，将PC机与嵌入式设备连接；在GUI程序中对原程序中的代码行设置断点，得到指令地址，将指令地址发送至嵌入式设备；多线程服务器程序将指令地址中指令替换为中断触发指令并运行中断服务程序；中断服务程序抓取上下文信息，并发送给GDB调试程序；GDB调试程序解析上下文信息并输出。本发明同时结合日志调试法和断点调试法，使得实时系统调试时，能任意查看指定代码上下文的信息，不暂停程序执行流，不影响程序的执行时序，执行效率高，且上下文信息GDB调试程序中输出，易于分析原因，易于维护。

摘要： 本发明提供了一种基于嵌入式实时系统的日志服务方法，包括：日志内存管理、日志服务初始化、日志记录、日志显示、日志备份、轨迹记录。本发明不依赖过多的外设与系统资源，效率高，在系统异常、文件系统崩溃、存储设备损坏等特殊情况下，仍然能够记录下日志信息；当程序发生问题导致系统异常时，日志服务可以在看门狗复位系统前，将所有信息保存记录下来；在系统复位的过程中，保证日志信息的完整性，即便是信息被破坏，在读取解析日志信息时还将进行校验，保证信息的完整有效性；记录信息有序，能够实现系统故障的快速诊断定位。

摘要： 本发明公开了一种基于TLSF的嵌入式实时系统的内存管理方法、系统及装置，所述方法根据TLSF算法预设内存区间，并通过位图和链表管理小内存块与大内存块，所述小内存块和大内存块为根据预设参数划分的内存块；分别为每个小内存块和大内存块设置用于记录其使用次数的频率参数，并分别为各个内存区间设置空闲内存块的数目参数；内存分配时，根据申请的内存大小，从链表中查找合适的内存块并更新链表，同时更新对应频率参数及数目参数；内存释放时，由释放内存块的地址查找对应的内存块，之后，在释放此内存块的同时，根据其频率参数和对应数目参数，判断是否合并此内存块。本发明可以快速提高实时系统的内存处理速度。

摘要： 本发明公开了一种基于嵌入式实时系统的实时调试方法，包括：在PC机安装GUI程序和GDB调试程序，在嵌入式设备上安装多线程服务器程序和中断服务程序，将PC机与嵌入式设备连接；在GUI程序中对原程序中的代码行设置断点，得到指令地址，将指令地址发送至嵌入式设备；多线程服务器程序将指令地址中指令替换为中断触发指令并运行中断服务程序；中断服务程序抓取上下文信息，并发送给GDB调试程序；GDB调试程序解析上下文信息并输出。本发明同时结合日志调试法和断点调试法，使得实时系统调试时，能任意查看指定代码上下文的信息，不暂停程序执行流，不影响程序的执行时序，执行效率高，且上下文信息GDB调试程序中输出，易于分析原因，易于维护。

摘要： 本发明提供了一种基于嵌入式实时系统的日志服务方法，包括：日志内存管理、日志服务初始化、日志记录、日志显示、日志备份、轨迹记录。本发明不依赖过多的外设与系统资源，效率高，在系统异常、文件系统崩溃、存储设备损坏等特殊情况下，仍然能够记录下日志信息；当程序发生问题导致系统异常时，日志服务可以在看门狗复位系统前，将所有信息保存记录下来；在系统复位的过程中，保证日志信息的完整性，即便是信息被破坏，在读取解析日志信息时还将进行校验，保证信息的完整有效性；记录信息有序，能够实现系统故障的快速诊断定位。

摘要： 本发明公开了一种基于TLSF的嵌入式实时系统的内存管理方法、系统及装置，所述方法根据TLSF算法预设内存区间，并通过位图和链表管理小内存块与大内存块，所述小内存块和大内存块为根据预设参数划分的内存块；分别为每个小内存块和大内存块设置用于记录其使用次数的频率参数，并分别为各个内存区间设置空闲内存块的数目参数；内存分配时，根据申请的内存大小，从链表中查找合适的内存块并更新链表，同时更新对应频率参数及数目参数；内存释放时，由释放内存块的地址查找对应的内存块，之后，在释放此内存块的同时，根据其频率参数和对应数目参数，判断是否合并此内存块。本发明可以快速提高实时系统的内存处理速度。

摘要： 本发明提供一种依据进程在嵌入式实时系统中设置调度禁区的系统，包含：访问判断模块，用于在该进程与操作系统交互的接口处，判断该进程对操作系统的访问是否有返回值；变量判断模块，当该进程对操作系统的访问有返回值时，用于确定影响该返回值的局部变量，并判断该局部变量的变化是否与全局变量相关；代码段定位模块，当该局部变量的变化与全局变量相关时，用于确定影响该局部变量的全局变量，并定位对该全局变量进行的操作的代码段与对该局部变量进行操作的代码段；代码段加锁模块，用于将所述两个代码段紧密的放在一起，作为一个整体代码段加锁，设置该区域为调度禁区。本发明的优点在于更精细的划分了嵌入式实时系统中的调度禁区。

摘要： 本发明提供一种在嵌入式实时系统中设置调度禁区的系统，包含：访问判断模块，判断进程对系统的访问是否有返回值；变量判断模块，当有返回值，确定影响该返回值的局部变量，判断该局部变量的变化是否与全局变量相关；代码段定位模块，如相关，确定影响该局部变量的全局变量，定位对该全局变量与局部变量进行操作的代码段；代码段加锁模块，将所述两个代码段作为一个整体加锁，设为调度禁区；进程遍历模块，遍历全部进程，从中获取一个进程给访问判断模块进行判断；变量验证模块，通过查询全局变量所能影响到的变量，检查调度禁区的设置是否有遗漏，如有，则把遗漏的代码段设为调度禁区。本发明更精细的划分了嵌入式实时系统中的调度禁区。

摘要： 本发明提供一种依据全局变量在嵌入式实时系统中设置调度禁区的系统，包含：变量查询模块，用于根据全局变量，确定该全局变量所能影响到的变量；变量判断模块，用于判断该受全局变量影响的变量是否会对系统进程的执行结果产生影响；代码段定位模块，当该受全局变量影响的变量会对系统进程的执行结果产生影响时，定位对该全局变量进行操作的代码段与对该受全局变量影响的变量进行操作的代码段；代码段加锁模块，用于将所述两个代码段紧密的放在一起，作为一个整体代码段加锁，设置该区域为调度禁区。本发明的优点在于更精细的划分了嵌入式实时系统中的调度禁区。