多任务嵌入式实时控制系统软件的研究

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1、分类号密级UDC学位论文多任务嵌入式实时控制系统软件的研究作者姓名：朱文强指导教师：李小平教授东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：2012年06月论文答辩日期：2012年06月学位授予日期：答辩委员会主席：唐立新评阅人：李界家、张磊东北大学2012年06月AThesisinControlTheoryandControlEngineeringResearchofMultitaskingEmbeddedReal-TimeControlSystem

2、SoftwareByZhuWenqiangSupervisor:ProfessorLiXiaopingNortheasternUniversityJune2012独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用

3、学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年□一年□一年半□两年□学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：-83-东北大学硕士学位论文摘要多任务嵌入式实时控制系统软件的研究摘要随着数字信息技术和网络技术的高速发展，嵌入式系统己经广泛地渗透到科学研究、工程设计和军事技术等各类产业中。传统的嵌入式系统大多为了实现某个控制功能，使用简单的控制对

4、外界的请求进行处理。随着系统复杂性的增加及使用范围的扩大，越来越多的嵌入式系统要求实现大量相关的非实时任务、软实时任务和硬实时任务的处理，然而传统的单线程嵌入式系统或多任务分时嵌入式系统难以满足实时多任务这种应用需求。为了适应发展需求，将嵌入式系统与多任务实时系统进行联合应用研究，可以进一步拓宽嵌入式系统的应用领域。本文以此为背景，采用基于模型的设计思想，设计开发出无缝连接Matlab/Simulink的多任务嵌入式实时控制系统软件。该系统软件不仅具备嵌入式、多任务、实时性、二次开发简单快捷等特点，而且具有良好的安全性、稳

5、定性、可维护性和可扩展性。该系统软件的研究、设计及其实现将会为嵌入式系统的进一步发展和应用提供新的解决方案。本文的主要工作包括以下几个方面：1.分析国内外实时控制器和实时操作系统的研究和发展现状，总结现有控制器和实时系统的优缺点，并在此基础上设计多任务嵌入式实时控制系统软件。多任务嵌入式实时控制系统软件的设计分别为系统软件总体架构设计以及各个功能模块的具体设计。各功能模块的设计是实时内核的设计、实时设备驱动的设计和实时监控程序的设计。2.多任务嵌入式实时控制系统软件的实现，包括实时内核的实现、实时设备驱动的实现和实时监控程

6、序的实现。在实时内核实现环节中，对Linux内核实时性和其改进方案进行分析研究后，选定基于双内核思想的RTAI-Linux作为最终的实时内核方案；在实时设备驱动实现环节中，分析了LXRT机制后，在此基础上设计完成了实时设备驱动的实现策略；在实时监控程序的实现环节中，分析了实时进程间通信RPC和MBX机制后，利用此机制分别完成对实时监控程序中控制功能模块、参数显示与修改功能模块、实时数据曲线显示功能模块的设计和开发。3.多任务嵌入式实时控制系统软件的测试及在双容水箱设备上的应用验证。首先对实时内核、实时设备驱动和实时监控程序

7、分别开发测试用例，对各个单元功能的有效性和实时性进行测试与分析；其次在双容水箱装置中进行应用验证，完成对整个系统软件的功能和性能的测试。实验结果表明，本文开发的多任务嵌入式实时控制系统软件不仅各单元功能有效可行，而且在系统多任务下也能-83-东北大学硕士学位论文摘要满足对控制程序响应的快速性、时间的精确性和控制的可预测性的要求。关键词：实时系统；RTAI；LXRT；实时监控-83-东北大学硕士学位论文AbstractResearchofMultitaskingEmbeddedReal-TimeControlSystemSo

8、ftwareAbstractWiththerapiddevelopmentofthedigitalinformationtechnologyandnetworktechnology,embeddedsystemhasbeenwidelyusedinvariousareassuchasscientific