优先级周期性互换的实时多任务调度方法研究

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1、硕士学位论文优先级周期性互换的实时多任务调度方法研究优先级周期性互换的实时多任务调度方法研究摘要近年来，随着数字化和智能化程度的提高，微处理器被引进到电子领域的各个行业。一般来讲，凡是带有微处理器的电子系统，都可以统称为嵌入式系统。由于一个系统中集成的功能越来越多，因而需要微处理器处理的任务也随之增加。这就引进了单个微处理器对多任务的调度问题。目前，针对多任务调度的问题已经有很多成熟的算法。在实时操作系统中，都有多个实时任务需要系统调度。不同的任务都有不同的优先级与之对应，以满足各个任务的实时性要求。实时操作

2、系统中所有的实时任务的调度都是基于抢占式优先级驱动的。高优先级任务可以随时剥夺低优先级任务的执行时间，以满足高优先级严格的时限要求。优先级的高低使得各任务的执行时间有很大区别，高优先级任务的执行时间都很短，而低优先级任务的执行时间就比较长，特别是在抢占式优先级调度算法中更为严重。对于低优先级任务在执行过程中出现的大范围延迟问题，在所有实时系统中都是常见的。如何解决该问题，是本文重点研究的对象。本文在研究和分析当前常用多任务调度算法后，提出优先级周期性互换调度算法。该算法的原理来源于非实时系统中时间片轮转调度算

3、法。解决问题的方法是将低优先级任务和满足条件的高优先级任务的优先级进行周期性的互换，让低优先级任务也能在一个时间段中及时地执行。对于优先级周期性互换任务调度算法的验证，本文选用PtolemyII仿真软件进行验证。并模拟实际控制系统，通过调度三个PID控制器对三个被控对象的控制，绘制出各任务的响应曲线以验证优先级周期性互换调度算法的合理性和优势。目录摘要IAbstractIII第一章绪论11引言11.1嵌入式实时系统11.2国内外研究现状及分析51.3课题来源71.4本文组织结构7第二章嵌入式实时系统任务调度机

4、制92.1嵌入式实时操作系统92.1.1实时操作系统相关术语92.1.2嵌入式实时操作系统特点112.1.3实时任务及其特性122.1.4实时任务间的相关性132.2多任务调度算法策略研究132.2.1时间片轮转法142.2.2先来先服务调度算法152.2.3单调速率任务调度算法152.2.4期限最近者优先调度算法182.2.5经典调度策略的局限性18第三章基于角色的PtolemyII实时仿真平台研究213.1PtolemyII域的研究分析213.1.1离散事件域223.1.2连续时间域233.1.3时间多任

5、务域243.1.4其它计算域253.2常用角色（actor）分析介绍283.3PtolemyII使用简介31第四章优先级周期性互换调度算法的验证374.1优先级周期性互换任务调度算法374.1.1优先级周期性互换任务调度算法分析374.1.2使用PtolemyII软件仿真384.2优先级周期性互换任务调度算法应用级仿真414.3实验总结44第五章总结与展望475.1总结475.2进一步的研究48致谢51参考文献53附录A（攻读硕士期间发表的论文）57第二章网络安全现状与端信息跳变技术第一章绪论1引言随着信息时

6、代发展和进步，特别是进入二十世纪以来，大量的电子产品纷纷涌现出来，充斥在每个人生活的方方面面。目前这些电子产品与过去有个明显的区别就是有内嵌微处理器，也就是常说的嵌入式系统。嵌入式系统给人们生活带来了很大的方便，小到手机、智能电视、机顶盒等，大到汽车、飞机、火车、导弹、火箭等等，都嵌入了微处理器来实现智能控制或者调节。在以上列举出来的系统中像手机、智能电视、机顶盒之类的嵌入式系统，它们在使用过程中，对于任务触发的响应没有严格的时限要求，因而它们们属于嵌入式非实时系统；而对于导弹、火箭之类的嵌入式系统就对于任务

7、触发的响应有严格的时限要求，它们则属于嵌入式实时系统。例如在汽车的安全气囊防护系统[1](SupplementalInflatableRestraintSystem，简称SRS)。当车速50公里/时进行正面撞车时，其发生时间只有十分之一秒左右。由于作用时间太短，它对嵌入式实时系统的实时性要求就更为明显。据计算，正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的0.01秒内微处理器开始工作，0.03秒内点火装置启动，0.05秒内高压气体进入气囊，0.08秒内气囊向外膨胀，0.11秒内气囊完全胀大，此刻之后，驾车者才会撞上气囊

8、。由此例可见，“0.01秒”就是嵌入式实时系统对任务触发时的响应时间；“0.03秒”就是该任务的执行时间。这两个任务的时限特别重要，一旦时限错失将会带来灾难性后果。1.1嵌入式实时系统实时系统更注重“实时”概念，实质上就是将提交到系统内部的信息及时进行处理并迅速输出结果[2-5]。至于“及时”如何界定，这就取决于外部任务对系统的要求，是实时系统中一项最重要的衡量系统实时性的指标。目前对实时系统的定义