μc_os-ⅱ内核在fpga上的硬件化设计与实现

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1、万方数据IJLC／OS—II内核在FPGA上的硬件化设计与实现张涛1，廖力清1，王颂2(1．中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙410083；2．空军驻长沙地区军事代表室，湖南长沙410295)摘要：针对操作系统内核占用系统资源的问题，提出了一种新的实时操作系统设计与实现方法。在仔细研究了斗C／OS一Ⅱ后，改进了原斗C／OS—II的TCB模块，配合多任务调度状态机构成的硬件调度系统替代了软调度系统，提高了多任务调度性能并将改进的系统内核在FPGA上硬件化。通过修改5l内核，设计了多任务映射的堆栈区，解决了51系列微控制嚣

2、堆栈过小无法运行多任务的问题。关键词：斗C／OS—II；实时操作系统；FPGA中图分类号：TD316．2文献标识码：BThehardwaredesignandimplementationof斗C／OS-IIcoreonFPGA’、ZHANGTa01，LIAOLiQin91，WANGson矿(1．SchoolofInformationScienceandEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，China；2．ALrforceMilitaryRepresentati

3、veRoominCha-cha，Ch锄轳h410295，China)Abstract：Forthepmblemofopemfingsystemkemeloccupyingsystemn爆伽弛e8，an鲫real—dmeoperatingsystemdesignmethedispresentedandimplemented．Havingcarefullystudiedthe恤CIOS-H，improvetheoriginalp疋10S-IITCBmodule，substi-tutethemulti-taskscheduli

4、ngstalemachmefortheschedulingsoflwaresystem．So聃80enhancethemulti-taskschedulingperfor-insnce，andthenresolvethehardwKrel出dionoftheimpmvedsystemco陀onFPGA．Thmghtherevisiontothe5lcore。de-8iI弘multi-taskmappingstack，resolvetheproblemofthe51microcontlnollem’stackhemstOO

5、smalltoruntheissueofmulti-task．Keywords：pC／OS-H；real-timeoperatingsystem；FPGA随着现代信息技术突飞猛进的发展，软件模块化技术也有了广泛提高。为了更好地发挥微控制器的性能以及满足更多的功能，使软硬件能够更好地结合和展示，在微控制器中移植嵌入式操作系统已经成为一种趋势。目前，嵌入式系统的应用范围非常广泛，不同领域有不同要求。通常有非实时系统和实时系统，而实时系统中又分硬实时和软实时系统。在要求苛刻的系统中，一般需要硬实时操作系统。本文涉及飞行器刹车控

6、制系统。必须使用硬实时操作系统。1项目产生背景某军用机型的航空刹车控制系统原使用微控制器80C3l，外扩ROM、RAM及其他外设。软件为前后台系统。图l为原系统连接示意图。当新机型的刹车系统控制要求升级后，系统控制对象增多，控制算法复杂度增大，原有系统已完全不能胜任现在的要求。因此，需要寻求新解决方案来满足新系《电子技术应用》2009年第4期图1原系统连接示意图统要求。为了保证能够向下兼容原系统，在原有系统基础上能够最大限度升级改进，仍选用5l内核的微控制器。经4l万方数据过论证，决定选用FPGA构造新系统，在FPGA系

7、统中内嵌8051IP核。这是在OreganoSystems公司提供的免费8051IP核的基础上根据系统的需要而定制的。仅保留5l的内核部分，并对内核进行一定的改造以适应需要的操作系统的移植。通过Verilog语言编写多个可编程外设数字模块挂接在系统总线上，功能远远超越一般的5l方案。将各种数字器件通过编程和IP核的方式集成在FPGA中，这极大地提高了单芯片功能，减少了元器件数量，从而简化了整个系统设计。降低了系统故障率，缩短了循环开发周期，大幅度减少了电路板面积和系统总成本。新系统中的软件部分舍弃了前后台系统，使用实时操

8、作系统。这样，软件系统可以很方便地分成多个在开发和运行上独立而又具有一定联系的小任务，便于多人员参与开发。系统中的各种硬件被看成独立的资源，由各任务来调用。设计者希望创新性地将实时操作系统的内核部分的功能硬件化至n，GA中，从而进一步加强系统的硬实时特性。因为操作系统产生的负载都将由硬件来承担。而此时操作系统对于软件