軟硬件混合式操作系統(tǒng).pdf

1、本文設(shè)計了一種基于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)并行處理局限性問題。在本論文中,首先通過介紹操作系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀闡明軟硬件混合式操作系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的意義,然后根據(jù)FPGA的應(yīng)用特點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)對混合式操作系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)進行設(shè)計。之后對混合式操作系統(tǒng)的設(shè)計進行詳細說明,操作系統(tǒng)主要包括運行在Nios II處理器上的軟件部分以及通過FPGA硬件邏輯單元實現(xiàn)的硬件部分

2、,軟件部分與硬件部分間的信息交互通過Avalon總線實現(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)用程序庫三個部分。最后在論文的系統(tǒng)測試環(huán)節(jié)將混合式操作系統(tǒng)與μC/OS-II進行性能、資源占用等方面的對比,在該測試中雖然混合式操作系統(tǒng)相較μC/OS-II多占用約1500個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)計框架,便于操作系統(tǒng)的維護和移植,也減小操作系統(tǒng)使用者的程序開發(fā)難度;軟件部分定義了代碼的層次化結(jié)構(gòu),既能對操作系統(tǒng)硬件部分進行有序控制,又能避免操作系統(tǒng)內(nèi)核代碼被無意修改。硬件部分用來實現(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