面向cps节点操作系统的实时调度研究与设计

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文面向CPS节点操作系统的实时调度研究与设计作者姓名：梁春艳指导教师：乔建忠教授东北大学信息科学与工程学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：计瓤统结构论文提交日期：2014年6月论文答辩日期：2014年6月21日学位授予日期：2014年7月答懒雠：赵海教授评阅人：徐久强教授孙建伟研究员东北大学2014年6月万方数据AThesisinComputerArchitectureResearchandDesignofReal—·TimeSchedulingofNodeOperatingSystemforCyberPhysicalSystemBy

2、LiangChunyanSupervisor：ProfesserQiaoJianzhongNortheasternUniversityJune2014万方数据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己在论文中作了明确的说明并表示谢：正思0学位论文作者签名：梁存靶日期：加，仁‘。厂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、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家

3、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D一年口一年半口学位论文作者签名：梁季拖签字日期：纠纷6、西

4、两年∥导师签名：祧、＼I签字日期：≥DI够‘、2，万方数据东北大学硕士学位论文摘要面向CPS节点操作系统的实时调度研究与设计摘要随着计算(Computation)、通信(Communication)、控镑lJ(Contr01)等3C技术的迅猛发展，人类赖以生存的物理世界正朝着网络化、信息化的方向发展，信息物理融合系统(CPS)已经成为

5、全球信息技术和信息产业发展的新趋势。CPS注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，需要实时动态和可靠地完成物理世界的感知、互联和反馈等功能。其中，节点操作系统是CPS的核心部分，而调度作为节点操作系统的关键模块，如何设计出满足CPS属性要求的调度策略，对CPS现有的理论和技术提出了新的挑战。基于对现有节点操作系统的特点和调度机制的研究与分析，考虑到节点操作系统的实时性、动态性、开放性、可预测性和低开销的特点，本文建立了一种层次式的调度框架，并设计了BWI．RIP调度策略，该策略能混合调度多种时间需求的任务，且不需要提前预知任务的相关信息，并能解决因共享资源等资源竞争问题。本文首

6、先基于节点操作系统的特点，对调度系统进行了建模，给出系统的相关定义、任务模型和资源模型。其次本文在已有框架的基础上进行深入研究，考虑在本系统中有多种时间需求任务的混合存在，建立一种层次式的调度框架，该框架底层的系统调度器基于EDF算法对服务器的集合进行调度，而每个服务器以一定的比率占用CPU时间，同时，服务器又调度一个任务集，为其提供资源服务。该框架能够混合调度软实时和硬实时任务，具有良好的可扩展性。然后根据CPS调度的特点，分析了现有静态调度算法在混合调度多种类型的任务和访问共享资源时存在的不足：需要提前预知任务相关信息。再次，在框架的基础上设计一种常量带宽服务器(CBS)算

7、法和优先级继承协议(PIP)相结合的带宽继承协议(BWI)，既能混合调度硬实时和软实时任务，又解决了优先级反转等现象。同时又将BWI与资源隔离机制(RIP)相混合，解决了硬实时任务可能错失时限的问题，并针对BWI和RIP的性质，进行了可调度性分析，从理论上得出此策略能够确保系统的实时性。最后，通过仿真实验对比，表明本文设计的混合调度策略基本满足了设计目标和CPS节点操作系统的要求，具有进一步研究和应用的价值。关键词：CPS；调度框架：节点操作系统；调度系统；实时调度策略．II．万方数据东北大学硕士学位论文AbstractResearchandDesignofReal--Time

8、SchedulingofNodeOperatingSystemforCyberPhysicalSystemAbstractWiththerapiddevelopmentofcomputing，communication，controlandother3Ctechnology,thephy’sicalworldwhichhumanissurvivalforismovinginthedirectionofnetworkandinformationtechnologyandthecyber-phy