胡安正-基于ARM平台的嵌入式实时操作系统-黄齐解析

1、学 院:项目名称:项目类型:负责人:指导教师:湖北文理学院“大学生创新创业训练计划”项目申报书物理与电子工程学院基于armp台的嵌入式实时操作系统 创新训练项目 创业训练项目 创业实践项目黄齐胡安正湖北文理学院教务处二0一五年四月填写须知一、项目分类说明：1. 创新训练项目是本科生个人或团队，在校内导师指导下，自主完成创新性研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写、成果（学术）交流等工作。2. 创业训练项目是本科生团队，在校内导师指导下，团队中每个学生在项目实施过程中承担一个或多个具体的角色，通过编制商业计划书、开展可行性研究、模拟企业运行、进行一定程度的验证试验，撰写创业报告等工作

2、。3. 创业实践项目是学生团队，在学校导师和企业导师共同指导下，采用前期创新训练项目（或创新性实验）的成果，提出一项具有市场前景的创新性产品或者服务，以此为基础开展创业实践活动。申报该类项目需额外提交企业导师合作指导协议书作为附件。二、申报书请按顺序逐项填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无” 。三、申请参加大学生创新创业训练计划项目团队的人数含负责人在内不得超过5 人。四、填写时可以改变字体大小等，但要确保表格的样式没有被改变；填写完后用 a4 纸张双面打印，不得随意涂改。项目名称基于armf台的嵌入式实时操作系统项目起止时间2015年5月 至2016年4月负责人姓名年级学

3、院学号联系电话e-mail黄齐大三物电学院201212808218307202230757509347项目组成员刘贵阳大三物电学院2012111126183072116431140725578杜文大三物电学院201211110613217202180316876137尹志虎大三物电学院2012128082183072121812397818723陈璇大三物电学院2012111103188275161852471302088指导教师姓名胡安正职务/职称教授所在单位湖北文理学院物理与电子工程学院联系电-mail6

4、48802312校外导师姓名职务/职 称所在单位联系电话e-mail一、项目简介（200字左右）目前的嵌入式系统在应用中，当系统任务繁多且涉及多任务之间同步、数据传 递时，尤其是进行设计修改和功能拓展时，仅凭开发者人工管理，复杂度太高、开 发时间长、成本高且容易出错；另外目前已有的系统如uc/og还需要昂贵的授权费 用，且设计复杂，占用资源较多如rtems本项目提出一种低成本、高效率的解决方案，即基于arm cortex m单片机平台的特点，研发出一个嵌入式实时操作系统， 使其每个任务都具有自己独立的堆栈，再利用arm单片机特有的双堆栈机制，选用 基于优先级或者基于时间片轮转的调度

5、算法，使该实时操作系统具备各 任务间协调通讯、同步和互斥的功能， 也具有信号量、邮箱等任务问通讯的能力，为 嵌入式系 统开发提供一种低廉高效的操作平台。二、申请理由(包括自身/团队具备的知识、条件、特长、兴趣、前期准备等)1、自身及团队具备的知识：通过课堂学习、实验室探究和实践训练，我们具备了一定的专业知识：我们学习并掌握了汇编语言、c语言等多种计算机语言，并在编程基础上学习了 以arm cortex-m3为内核的stm3讣片机等芯片，熟悉内核基本的工作原理，2、自身及团队具备的条件：本项目组有5名成员，团队成员各有所长，容易沟通合作，分工明确，对 系统各部分的工作互有了解，有两人熟悉调度算法

6、，一人负责上下文切换的实现， 还有人实现系统的部分核心组件。本项目组具有丰富科研能力和实践经验的导师指导，每个成员极具创业激 情，学习能力很强，理论知识过硬、实践经验丰富，很多参加过各类校级、省级比 赛并取得优异成绩。本项目依托物电学院的国家创新人才培养基地、省级电工电子实验教学示 范中心、物电学院创新创业中心、物理探索实验室，进行实验探究。已有数字化实 验室及创新实验室，数字化实验室可以进行计算机控制系统的cads计、matlab仿真及虚拟仪器labview仿真，可以进行专题研究性实验和大学生科研项目。3、自身及团队的特长：本团队成员都经过了一定的培训。在专业技能方面，有的熟悉单片机各类外设

7、 总线的使用；有的熟悉系统内核和编程模型；有的擅长程序的开发与调试，具开发 的程序性能稳定；有的擅长善于与人沟通，有较好的语言表达能力和文字处理能力； 有的热爱市场调研和管理工作。4、自身及团队的兴趣：实践探索与研究、电子产品diy制作、单片机开发与应用。5前期准备：(1) .本项目总体设计分为任务切换器，任务调度器，系统内核和组件等(2) .搜集ar岫核的文档和相关资料，熟悉其编程模型和系统指令(3) .收集了大量关于现有嵌入式实时操作系统的实现和资料等，吸收其优点 并规避其不足之处，并针对arm平台进行优化设计(4) .系统主体尝试尽可能多地以 c语言来实现，关键部分 c语言无法完成的 功

8、能，由汇编语言来实现三、项目方案(计划、技术路线、人员分工等)计划：1 .进一步查阅有关资料，选择最成熟、稳定的制作方案。2 .制作出一套完整的系统，并实地测验。4 .整理数据，总结经验。5 .制作该系统的最终版本。项目方案设计：1、系统内核设计 以arm cortex m3内核为目标系统来设计上下文切换器以stm32f10系列单片机作为测试平台来验证代码功能在测试平台上实现基本的任务切换功能2、系统软件设计在系统能够正常实现任务切换的基础上，完善系统的调度机制，并增添互斥量， 邮箱，临界资源保护等功能，并对外提供开放接口拓展系统的功能3、安装、调试系统和程序软件。将此系统应用于目前已有的实际

9、项目中，并根据实际需求优化其性能表现和降低 使用成本，技术路线：用户可以根据自己所设计的应用的任务数量来对系统任务数进行剪裁以提高 系统性能，并根据不同任务的重要程度为其分配唯一优先级，此优先级在注册任务之后也会作为任务唯一的编号，用户可以使用系统提供的api来控制任务的切换,同步和访问临界区资源，任务的删减和变更也只是调用系统 api,而不用对程序架构 进行修改。在系统启动之后，会根据任务的优先级进行任务调度，保证程序的正常 运行。技术流程图:人员分工:系统开发上卜文切换器黄齐调度器黄齐尹志虎优先级决策刘贵阳杜文系统组件陈璇管理与协调黄齐四、项目特色与创新点项目特色:1 .低成本、高效率，工

10、业级的可靠性和可维护性，应用范围广阔2 .内核占用资源小，简单易用，支持三种调度算法，可以方便地移植到其他平台3 .全自主开发，拥有完整的知识产权，方便改进和定制项目创新点：1 .市面上的同类系统都大而全，本项目针对中小型制作设计，并针对armdortexm3内核进行优化，充分利用了它的特性，实现了高性能和低成本2 .系统内核完全可剪裁，多种调度策略可选3 .可以方便地迁移到 arm cortex m0和arm cortex m4内核上运行4 .对系统结构影响小，仅仅只需要使用一个时基中断和一个任务切换请求中断，并且不影响其他外设的正常中断五、项目进度安排2015.4 2015.5 拟定本项目详细的研发实施方案；2015.5 2015.8 采购所需的测试仪器和平台，并进行学习工作2015.9 2015.11进行对armft核的学习，并逐步开始系统的开发2015.12 2016.2改进算法，并提升系统的性能和可靠度2016.2 2016.4 成果鉴定、推广，整理数据，撰写项目结题报告。六、项目经费使用计划（要求说明项目经费）用途费用调研与研学2500 元材料费3500 元设备费2000 元软件研发费4000 元成果鉴定费5000 元合计1.7力兀七、项目完成预期成果（论文级别、专利、设计、产品、服务；创新实践项目需说 明