邱卫东[1]2005年在《实时操作系统协同设计中的若干问题研究》文中认为因为实时嵌入式系统的复杂度、性能、短上市时间等要求不断提高,嵌入式软件中的动态实时行为也越来越复杂,而这些动态实时行为常常由实时操作系统(Real-Time Operating System,RTOS)提供实现,所以,需要研究RTOS以适应各种不同领域的应用;另一方面,随着可重配置逻辑技术的发展,现代可重配置器件不但能允许多个硬件模块(硬件任务)同时执行,而且可以在执行时动态配置不同的硬件任务,从而适应了现代嵌入式实时系统的高性能要求和动态任务执行场景。但是传统实时操作系统缺乏对可重配置器件的动态重配置的支持,所以研究RTOS提供对可重配置硬件任务的支持,具有重大意义。本文主要进行几个方面的研究工作: 首先,进行RTOS的系统级模型研究,目的是提高整个设计抽象层次,在设计的早期进行高效的设计空间探索,提出了基于快速样机平台的系统级RTOS建模方法,克服了具体的RTOS与底层的硬件实现关联大,难以抽象的缺陷,系统级RTOS中不但包含典型RTOS主要特性,还包含动态可重配置硬件任务的一些特殊特性,从而使得高层模型完整,进而准确评估系统的实时性能。 第二,在分析软硬件任务本质区别的基础上,本文提出并实现了一种基于统一多任务模型的RTOS,称为SHUM-UCOS。它能够跟踪和管理可重配置资源的使用,通过硬件任务预配置技术,提高了资源利用率和任务并行性。定义了两种标准硬件线程接口,对总线型和星型通信拓扑结构支持。试验表明,SHUM-UCOS能够在提升系统性能的同时,有效缩减从软件实现到硬件实现的迁移时间。 第叁,进行了可重配置硬件任务的调度算法研究。为了进行可重配置硬件任务的动态管理,要为硬件任务在可重配置器件上找到合适的配置位置,并且进行配置后才能运行硬件任务。本文提出一种快速动态定位和实时任务调度算法,采用最早最迟开始时间优先、最优化空白区域管理和配置重用的调度原则。实验表明,算法可以显着提高系统的总体性能。 第四,进行了软件任务的调度分析研究。异构分布式系统已被广泛应用在实时嵌入式系统中,软件任务调度问题的目标是要在满足一定的性能指标和优先约束关系的前提下,将可并行执行的任务按适当分配策略确定一种分派和执行顺序,合理分配到各处理机上有序地执行,以达到减少总的执行时间的目的。软件任务调度算法是进行嵌入式系统综合时,确保系统实现性能目标的一个关键问题,这是一个NP-完全问题。现有的算法主要是启发式算法,性能还有待提高。提出了一个新的异构分布式系统的动态BLevel优先(DBLF,Dynamic BLevel
陈晗斐[2]2004年在《实时操作系统的若干关键问题研究》文中提出高可靠实时系统设计是一个复杂、耗时的过程，其中牵涉到实时理论、可靠性工程、不同的应用环境特征等多个问题，而其中每一个部分又有众多的研究课题。随着实时嵌入式操作系统的出现，使得实时系统又多了一个新的工具。针对航空航天、工业控制等不仅有硬实时性要求，又具有高可靠性要求、有限的硬件环境限制、容错的复杂性等特点的领域，如何在操作系统中提供对这些特定系统的支持，减少实时系统的设计复杂度，同时又能保证系统良好的实时性能，是本论文的研究重点。 本论文力图从航天计算机及工业控制系统的实际需求出发，对面向高可靠实时领域的嵌入式操作系统中的几个关键问题进行全面而深入的研究，并在此基础上实现一个功能完善，性能优良，采用COTS技术，面向高可靠系统的实时嵌入式操作系统。 本论文的工作主要集中在以下几点： 1．研究并探讨了适用于工业控制及航空航天计算机的实时嵌入式操作系统的体系结构以及其内部功能模块。对操作系统的任务调度与管理、内存分配、中断与异常处理、可靠性技术、输入输出系统以及可靠性容错支持等部分的原理及实现技术进行了分析。 2．针对现有的实时系统内核中，由于关中断而带来的中断响应时间较长的问题，提出了利用中断延时队列来提高系统中断响应的方法。该方法消除了操作系统内核级操作对中断响应时间的影响，从而使得中断响应时间仅由处理器硬件决定，和以往的技术相比，具有较高的研究价值。本文介绍了这个技术在X86、ARM平台上的实现过程以及在实现中需要注意的相关问题。 3．对嵌入式环境下实时文件系统中的缓冲分配算法进行了深入的研究，并在此基础上，提出了平方根缓冲分配算法，与以往动态软实时文件系统中性能最优的平均缓存分配算法的实验比较结果显示，该算法更适用于输入输出码流是静态决定的嵌入式环境下。 4．针对工业控制等高可靠计算机系统对容错性能的特殊要求，基于COTS实时嵌入式操作系统内核功能，研究并建立了适用于高可靠实时计算机系统的多模容错操作系统模型，并对此操作系统的系统时钟与任务同步、故障检测与恢复以及交互一致性网络等关键问题进行了研究与探讨。 5．研究了基于COTS的多模容错操作系统的任务模型，并对该任务模型的实时性能进行了详细的推导，给出了保证系统关键任务实时性能的通用公式。 本论文的研究工作为实时嵌入式操作系统在高可靠实时系统中的应用提供浙江大学博士学位论文了一条新的途径，从而达到减轻这些系统设计的复杂性，提高可维护、可升级、百丁移植性能的目的。
杨姗[3]2018年在《基于MILS架构多级安全操作系统的若干关键技术研究》文中进行了进一步梳理在近几十年,计算机的发展经历着不断地更新,伴随着互联网的发展,经历了几次更新换代过程后,计算机更是在人们的生活中变得无处不在。但是,在享受由计算机和互联网的飞速发展所带来的便利的同时,我们又不得不承受与之而来的危害。比如,2017年的比特币勒索病毒“WannaCry”,该病毒的大面积爆发导致了全球多个国家和地区的不同行业都受到了一定的威胁。“WannaCry”病毒在短时间内就迅速传播到全球的各个地区,正是借助了Windows的系统安全漏洞“EternalBlue”,由操作系统的安全漏洞所带来的安全威胁事件还有很多,因此,为了从根本上解决类似的安全隐患,必须从操作系统的角度来提高系统的安全防御能力。在国内外安全关键系统的研究工作中,多个独立安全等级(MILS)架构被广泛应用于高可信安全操作系统的设计过程中,MILS架构以分离的思想为基础,在同一个硬件平台上构建多个相互独立的不同安全等级的分区,分区之间的数据完全隔离,并且由分离内核来统一对分区之间的通信进行控制。本文则以MILS架构为基础,借助虚拟化等技术,重点围绕着基于MILS架构的多级安全操作系统中的几个关键技术进行了研究,并设计实现了一个适用于该系统的图形化安全策略管理工具。针对基于MILS架构的多级安全操作系统,本文从实用性、实时性、安全性等多个角度进行考虑,主要研究了如下几个关键技术:融合了多种调度算法的多级融合实时调度机制,基于BLP安全模型的多安全等级分区间的通信技术,以设备半虚拟化模型为基础的I/O设备复用技术和采用强制访问控制机制的系统安全保护方案。在系统的实现方面,以RTEMS、VxWorks等实时操作系统为实时分区,Linux操作系统为普通非实时分区,最终分别在全志A20开发板和联想T350 G7服务器上实现了该系统原型,并对其多个实现技术进行了功能测试和性能测试,从而验证了本文所提出的基于MILS架构的多级安全操作系统的可行性。另外,为了便于管理和部署基于MILS架构的多级安全操作系统上的强制访问控制策略,本文还设计并实现了一个图形化的安全策略管理工具,工具主要负责分析和配置整个系统的访问控制策略,并完成后续的编译安装等工作。
黄新春[4]2008年在《分布式网络化制造系统的若干关键技术研究》文中认为在全球化浪潮的冲击和高速发展的高科技的推动下,制造企业的经营、生产战略与活动应面向全球,充分合理利用以信息技术为代表的高科技,建立和实现基于分布式网络化体系结构的组织、生产和管理模式,以快速、灵活地组织和利用各种分布式的、异构的制造资源,谋求企业间的相互合作、共同寻求市场机遇,在激烈的市场竞争中求得生存与发展。为此,本文从以下几方面对分布式网络化制造系统若干关键技术展开研究:首先,论述了分布式网络化制造的定义、内涵、特征以及使能技术,提出了Agent技术在应用于分布式网络化制造系统中的若干特征属性,构建了多Agent体系结构,并对多Agent系统在分布式网络化制造系统中的交互、运行模式和协作与协商机制进行了分析。介绍了基于CORBA的多Agent系统集成框架,以及集成框架中的交互与通信机制,从而建立基于多Agent系统的分布式网络化制造系统模型,并对于建立模型的策略、合作模型、组织模型和合作对象的选择、合作模型中多Agent系统的任务分配与协作和规划与协调进行分析。分析了智能数控系统的功能与特点,通过对于数控设备Agent模型、数控设备网络运行环境、智能STEP-NC控制器的运行模式和实现方法的研究,从而创新性的建立了基于智能STEP-NC控制器的支持分布式网络化制造的智能数控设备系统,实践性的运用了基于Agent的分布式网络化设备实施技术。同时,通过对于仿真Agent体系结构的研究,建立智能数控设备的分布式任务的仿真模型,并对于建立模型进行任务的分配,通过遗传算法优化和甘特图的显示,验证了系统的可行性。分布式网络化制造系统是对传统的制造模式的扬弃和创新,是当前先进制造模式研究的热点。目前,分布式网络化制造系统理论研究取得一定的进展,应用研究则相对滞后,尤其是适用于我国目前制造业现状的应用研究尚处在起步阶段。因此,对分布式网络化制造系统若干关键技术问题进行探讨具有重要的理论和应用价值。
陈月斌[5]2004年在《基于Windows的串行总线数控系统实时控制关键技术研究》文中研究表明本文综合研究了基于Windows实时控制系统的软件开发中关键技术，重点分析了Windows下实时串行通信软件开发的相关技术。最后，对数控系统中若干控制功能进行研究与开发。 第一章：综述数控系统的发展历程、研究现状，介绍当代数控系统发展趋势和主要特征，分析基于PC的开放式CNC系统的体系结构以及主流数控系统软件平台，阐述了开发基于Windows经济型串行总线数控系统的研究意义。最后给出全文研究内容及安排。 第二章：针对Windows平台下数控系统实时多任务控制这一关键问题，研究了Windows环境下软硬件精确定时技术；并在Windows底层驱动程序的特点和工作原理分析基础上，对虚拟设备驱动程序编程开发中关键技术问题进行研究，提出应用程序与VxD共享内存的具体实现方法；此外，还对Windows下多线程技术中同步机制、任务调度算法以及线程调度模型进行深入研究。 第叁章：介绍计算机通信系统的特点、组成、数据传输方式；分析比较了叁种计算机串行通信接口标准(RS-232C、USB和IEEE-1394)的性能特点和应用场合等；最后，对通信协议层次结构中流量控制、差错控制等数据链路层控制技术进行分析研究。 第四章：介绍Win32下串行通信的内部机制及其基本步骤；分析串行通信的编程实现方法及其工作方式：并在对WindowsAPI方式和VxD模式实现串行通信关键技术分析基础上，具体编程开发相应的实时串行通信软件；最后，对影响实时串行通信的相关因素进行实验分析。 第五章：简要介绍基于Windows串行总线数控系统的软硬件结构和组成；在分析Windows下数控系统多任务特点基础上，给出了实现多任务控制的缓冲区技术和基于多线程技术的多任务实时调度方案。最后，对数控系统中若干控制功能进行研究与开发。 第六章：总结全文的研究工作，并对今后开放体系结构CNC系统的发展进行展望。
史旭光[6]2009年在《智能控制系统理论应用于数控设备的若干关键问题研究》文中指出近年来,数字控制技术在工业界扮演日益重要的角色,用途也日趋广泛,如在数控机床、电火花加工、工业机器人、精密电子制造等领域都有广泛应用。其中数控技术研发领域当中,具有普遍意义上的智能控制体系结构研究、高性能运动控制技术、以及复杂轨迹实时控制策略等研究问题已经成为提升相关产业进阶之关键性技术问题。近几十年来产业界、学术界多有从不同角度去研究和诠释数控领域一些关键问题。本课题拟从建立统一的智能数控系统平台入手,裁剪具有自主知识产权的专用实时数控操作系统平台;以工业界需求为导向,研究复杂轨迹情景下相应的各种控制策略,包括小线段融合模式下的速度前瞻控制以及实现通用参数曲线插补,研究基于非均匀有理B样条曲线插补技术,研究若干智能控制策略应用于实际高性能运动控制器研发,具体设计了神经网络曲线插补算法和基于遗传算法改进的PID控制器。课题有望在理论和实践两个方面取得相应进展,可望进一步丰富智能控制理论在机电控制领域的应用,论文主要研究内容如下:基于目前机电设备系统控制结构特点,论文提出了一种基于分层智能控制策略的数控系统框架,该框架具体分析数字运动控制设计实现的具体特点,结合RCS(Realtime Control System)实现了以TASK、IO、MOTION、GUI等具有鲜明机电设备领域特色控制系统架构。研究工作具体分析专用数控实时操作系统裁减过程并加以实验验证,其实时进程切换精度可以达到微秒级别,为整个系统的实时性打下了良好的基础。硬件方面,论文着重研究了相应的运动控制IC设计思想及部分仿真流程,具体给出了与之相应的板卡级硬件设计过程,最终形成以PC104接口为特色,具有八轴最大可扩充至十六轴,兼容开、闭环两种控制模式的高性能运动控制硬件平台。在复杂运动轨迹研究方面,考虑到目前基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线技术已经成为CAD领域事实上的标准,NURBS插补技术也成为当今数控加工和CAD/CAM领域的一大研究热点。论文研究了基于双圆弧逼近理论的NURBS插补算法,并给予了相应的实验分析。同时对于参数曲线插补所固有速度波动问题,论文也给以了相应的篇幅予以介绍和说明,并从算法仿真和实验加工两个方面给出了解释。论文还研究当前机电设备运动轨迹控制热点问题,包括密集小线段集中优化处理,以及带来的加工融合问题;研究当前机械设备速度控制问题,考虑复杂轨迹情景下的智能前瞻控制(Look-Ahead)问题,运用优化理论研究其中速度最优控制问题。从加减速控制角度出发,论文提出了一种基于S曲线的圆整误差补偿策略,完善了相关S曲线加减速算法理论研究框架。在引入智能数值处理算法到实际的运动控制系统应用的研究工作中,论文着重分析了神经网络曲线插补技术和基于遗传算法改进的PID控制器的设计与实现。在神经网络曲线插补技术研究当中,论文考虑一般神经网络理论处理的特点,采用BP网络来训练NURBS参数曲线,利用神经网络曲线较强的非线性拟合特点来解决NURBS曲线构造过程中从参数空间到几何空间的映射问题。在引入遗传算法构造控制器的过程当中,论文建立较为全面的算法仿真环境,较为全面的考虑了遗传算法相应影响因素对实际系统控制效果的影响。本节论文所涉及的相应理论和算法均在实验室环境下进行了实际实验,给出了对应的结果分析。
余道洋[7]2005年在《开放式数控系统若干关键技术的研究及应用》文中提出数控系统的发展与计算机技术是紧密相连的,当前数控技术的研究主流是在PC机上搭建数控系统,本文以PC机为基础,对开放式CNC系统的体系结构、硬件系统、软件设计及其若干关键技术进行了分析研究。论文的主要内容包括: 1.分析了开放式CNC系统的体系结构。 2.讨论了开放式CNC系统的硬件系统、软件设计。 3.研究了开放式CNC系统软件设计中的若干关键技术:多线程技术在开放式CNC系统中的应用技术,网络数控技术,Windows操作系统的实时控制技术。 4.在开放式CNC系统理论分析基础上,重点总结和研究了具有开放式体系结构的数控弯管机(STAR-03W)的软、硬件系统,数控涂胶机(STAR-04G)的软、硬件系统和基于AutoCAD2000的自动编程系统(STAR-APS-04)。
黄丽达[8]2016年在《混合关键级调度的若干关键问题研究》文中认为以航空、汽车领域为代表的现代嵌入式实时系统,高安全标准的软件功能与其它非安全关键的软件功能共享一个嵌入式平台,以解决软件功能多样化、复杂化的需求与硬件平台受限SWa P(size weight and price)需求的冲突。此类系统的实时调度需同时满足两个目标:一是在相对保守的时间属性设定下,满足认证标准对涉及安全关键功能的验证要求;同时在较乐观的时间属性设定下,满足高效利用计算资源的设计要求。这类混合关键级系统的调度问题,无法使用传统的实时调度算法解决。混合关键级调度问题已成为嵌入式领域极富挑战的课题之一。本文基于混合关键级调度对安全关键与非安全关键任务的不同调度需求,以及高效利用资源的目标,分别研究了针对高、低关键级任务的不同调度策略。主要研究工作与成果如下:(1)基于事件触发系统关键级提升的实际情况,分析了高关键级任务的可调度性,得到了关键级提升期,高关键级任务可调度的充分条件。指出系统关键级提升的触发源于系统外部事件,基于响应时间分析技术,研究了关键级提升时刻对满足高关键级任务截止时限的影响;并据此,在关键级提升期,提出了一个有条件的优先级交换算法,可确保更多高关键级任务得到正确调度。仿真实验显示了可调度条件以及优先级交换算法的有效性。(2)提出了一种适合以截止时限为关键参数的混合关键级任务调度算法。定义了截止时限依赖于关键级的混合关键级任务模型,分析了关键级提升期低关键级任务对高关键级任务调度可能产生的干扰,以预先提升关键级的方式,牺牲有限的低关键任务,可始终满足高关键级任务随系统关键级动态变化的截止时限。仿真实验验证了预关键级提升算法适合以截止时限为关键参数的任务调度,且不受高关键级任务比率和截止时限变化程度的影响。(3)提出了一种适合同构多处理器平台上调度混合关键级任务的半局部调度算法。兼顾高关键任务利用率和低关键级任务可调度性,将全部高关键级任务和大部分低关键级任务固定在既定处理器上执行,仅有数量不超过处理器数目的低关键级任务成为迁移任务,能且仅能在相邻的两个处理器上发生迁移,并同步执行。以有限的迁移换取对处理器资源的高效利用,并总能满足高关键级任务的截止时限。仿真实验结果表明该半局部调度算法,相较于局部调度混合关键级任务的方法,将可调度任务比率提升了近10%。(4)提出了一种积极处理低关键任务的策略。对于符合标准认证的混合关键级系统,在关键级提升之后,回收多处理平台上执行中的空闲时段,以全局分配的方式匹配到被抛弃的低关键级任务,既不干扰局部调度的高关键级任务,又能让尽可能多的任务获得正确调度,以提升资源利用率。仿真实验与既有的TA、CD、CD-A算法比较,积极处理低关键级任务策略在系统可接受任务数目和抛弃任务比率上,均有明显优势。(5)提出了一种自适应回落系统关键级的闭环机制。基于实时任务在不同执行模式下实际执行时间的分布特性,监测高关键级任务的实际执行时间,预测高关键级任务利用率变化趋势与执行模式,可及时恢复调度此前关键级提升时被抛弃的低关键任务,且不影响高关键级任务的正确执行,实现安全降低系统关键级。仿真实验结果显示了自适应关键级回落算法优于至今被认为最优的BP方法。
付伟[9]2012年在《云制造若干关键技术研究及其原型系统初步开发》文中进行了进一步梳理随着云计算各种核心技术的日益发展和成熟,制造领域出现了云制造技术。云制造是基于云计算的一种新的制造模式,目前还处于初级发展阶段,如何构建云制造服务平台并为分布式客户提供各种制造资源服务还处于初步研究和发展阶段。本文分析了计算机集成制造、应用服务提供商、制造网格等先进制造模式的技术特点,结合云计算技术研究了云制造的体系结构以及云制造服务平台的功能需求；针对本文提出的一种云制造体系结构,提出了资源接入的基本要求,以及若干资源的接入方法。利用云计算的核心技术—虚拟化和SaaS技术,在V13环境下建立了虚拟机群集及虚拟桌面池,利用虚拟化技术对若干软硬件资源进行了封装；在X86环境下基于Web构建了初步的云制造原型系统,基于MySQL的二次开发构建了分布式数据库系统和实时数据库系统；借助数据库及谷歌文件系统(GFS)技术,研究开发了一种基于历史任务统计的任务分解模型和一种基于云制造平台的资源管理和资源匹配调度方法,实现了若干云制造资源的有效管理及远程共享。论文的章节安排如下：第一章介绍了本论文的来源,课题的主要研究内容,简述了相关领域的国内外研究现状和发展趋势,最后介绍了论文的主要研究内容及论文的组织结构。第二章分析了云制造服务平台的功能需求,提出云制造服务平台五大支撑模块：Web端服务支撑模块、业务模式和平台监管支撑模块、任务分解支撑模块、资源调用平台支撑模块、资源封装支撑模块,并对五大支撑模块进行了功能模型分析。第叁章分析了云制造系统所需的若干关键技术,分析并提出了资源的封装规范、表示方法和接入方法,提出了基于历史任务统计的任务分解模型及基于数据库表的资源管理和匹配调度方法；分析了虚拟化技术并提出了若干种软硬件资源的虚拟化封装办法,介绍了虚拟机集群技术以及Web端服务形式和技术。第四章研究了云制造原型系统的构建方法,研究了支撑云制造原型系统的虚拟机群集以及虚拟桌面池的构建方法,利用MySQL构建了分布式数据库系统和实时数据库系统作为云制造原型系统的后台支撑数据库,研究了Web服务平台的搭建方法。第五章以某电机开发过程为例演示了在云制造原型系统上开展资源共享服务的部分实例,包括远程电磁设计软件、CRM、PDM以及虚拟桌面应用等。第六章对本论文的研究工作和成果进行总结,并指出本文云制造原型系统今后需要进一步开展的工作。
参考文献：
[1]. 实时操作系统协同设计中的若干问题研究[D]. 邱卫东. 复旦大学. 2005
[2]. 实时操作系统的若干关键问题研究[D]. 陈晗斐. 浙江大学. 2004
[3]. 基于MILS架构多级安全操作系统的若干关键技术研究[D]. 杨姗. 电子科技大学. 2018
[4]. 分布式网络化制造系统的若干关键技术研究[D]. 黄新春. 兰州理工大学. 2008
[5]. 基于Windows的串行总线数控系统实时控制关键技术研究[D]. 陈月斌. 浙江大学. 2004
[6]. 智能控制系统理论应用于数控设备的若干关键问题研究[D]. 史旭光. 华南理工大学. 2009
[7]. 开放式数控系统若干关键技术的研究及应用[D]. 余道洋. 合肥工业大学. 2005
[8]. 混合关键级调度的若干关键问题研究[D]. 黄丽达. 湖南大学. 2016
[9]. 云制造若干关键技术研究及其原型系统初步开发[D]. 付伟. 浙江大学. 2012
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