实时系统优先级反转问题的分析

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1、摘要摘要目前，嵌入式系统已经越来越多地应用在各个领域之中。嵌入式实时操作系统平台也得到了越来越广泛的应用。在抢占式多任务实时系统中，由于任务的并发执行以及对共享资源的使用，必然存在优先级反转(PriorityInversion)的危险，从而会影响到高优先级任务的响应时间。极端情况下，引起优先级无限反转，就会导致应用系统崩溃；同时，优先级反转也是应用系统许多不可预知错误的根源。因此，在嵌入式实时系统分析和设计时，实时操作系统层面上缓解优先级反转现象至关重要。本文在优先级继承协议(PriorityInheritanceAl

2、gorithm)和优先级置顶协议(PriorityCeilingAlgorithm)两种防止μC/OS-II操作系统中优先级反转现象发生的算法基础上，通过对信号量的申请实现优先级的交换方法，对优先级的继承做了进一步的改进，提出了优先级继承改进算法(IPI)。该算法在克服上述两种方法缺点的基础上，能够有效的防止优先级的反转问题。但该算法增加系统的负担和环境切换的时间，会使任务运行效率降低。容错技术具有处理不同类型的缺陷和错误的优点，据此提出了一套更加有效的方法来解决优先级的反转问题。在容错优先级继承(Fault-tole

3、rantPriorityInheritance)和容错优先级提高(Fault-tolerantPriorityPromotion)两种算法的基础上，通过适当降低容错优先级因子，设计了允许降低容错优先级的分配策略(ATDFP)。算例分析验证了这套方法的可行性。关键字：实时系统；μC/OS-II；优先级反转；优先级继承；优先级置顶；容错I万方数据AbstractAbstractTheembeddedsystemiswidelyusedindifferentfieldnow.Embeddedoperatingsystembe

4、comesmoreandmoreimportant.Inpreemptivemultitaskingreal-timeoperationsystem,fortasksubsequentexecuteaswellastheuseofsharedresource,itisexistsinevitablythedangerofpriorityinversionwhichaffecttheresponsetimeofthehigherprioritytask.Extremely,itcouldarisefrominfinite

5、priorityinversion,andleadtoapplicationsystemcollapse.Atthesametime,priorityinversionistheoriginofunpredictablemistakeinapplicationsystem.Therefore,itiscrucialtoalleviatepriorityinversiononreal-timeoperationsystemwhenanalyzinganddesigningembeddedreal-timesystem.A

6、nimprovedpriorityinheritancealgorithm(IPI)topreventfrompriorityinversionisproposedonthebaseofpriorityinheritancealgorithmandpriorityceilingalgorithminμC/OS-IIoperationsystemthroughimplementtheexchangemethodofprioritybyapplyingforsemaphore.Onthebaseofovercomingth

7、edisadvantageabove,theimprovedalgorithmcouldpreventfrompriorityinversioneffectively.Butthisalgorithmincreasestheworkofthesystemandthetimeofswitchingtheenvironment,anddebasesoperationalefficiencyofthetask.Fault-toleranthastheadvantageoftreatingdifferenttypeoffaul

8、tandflaw,aneffectivemethodissetuptosolvetheproblemofpriorityinversion.Basedonfault-tolerantpriorityinheritanceandfault-tolerantprioritypromotionisdesignedtheassignmen