[发明专利]一种硬件实时操作系统

权利要求书

1.一种硬件实时操作系统，其特征在于主体架构包括系统定时管理器、任务管理器、事件管理器和总线接口管理器，其中：定时管理器由硬件定时器实现任务的延时和周期执行，在设定任务执行周期或延时时间后，当设定的时间定时到时便会使对应任务就绪，并触发硬件内核的调度器，产生一次任务调度中断，每一个任务需要一个定时器，用于管理一个任务的延时和运行周期，如果系统有N个任务则需要N个定时器；任务管理器实现任务控制块队列的操作与管理，所有未执行任务存放在任务等待表和任务就绪表中，任务等待表中的任务在定时到时或事件到达时变为就绪任务，等待任务调度，任务调度器在每个调度时钟内计算出优先级最高的就绪任务，调度器采用抢占式调度机制，每个调度时钟输出优先级最高的就绪任务，通过中断方式向处理器提出任务服务，由软件实时操作系统负责任务切换，执行任务代码；事件管理器实现包括信号量控制块、互斥信号量控制块、信号量集控制块、消息邮箱控制块、消息队列控制块的事件控制块的操作与管理，每一个事件都能够被N个任务请求使用，每一个事件有一张事件等待表，当事件为真时，事件为优先级最高的等待任务服务，并为任务就绪提供判断依据，使任务就绪，供任务管理器从所有就绪任务中选出优先级最高的就绪任务，再以中断方式向处理器提出任务服务，由软件实时操作系统实现任务切换；总线接口管理器实现处理器与硬件实时操作系统之间的数据传输与控制，软件实时操作系统中的总线接口驱动程序API函数被应用程序调用，通过接口总线对硬件实时操作系统进行读写，API函数从功能上分为两类：一是处理器向硬件实时操作系统发布命令，硬件实时操作系统收到命令后，解析命令、执行相应操作；二是启动中断服务程序，硬件实时操作系统进行一次任务调度后，如果新选出的最高优先级就绪任务不是当前正在执行的任务，则需要进行任务切换；硬件调度内核将向处理器提出任务中断服务，读取该就绪任务的优先级和堆栈地址，实现任务切换；所述任务就绪表与定时就绪表、信号量就绪表、互斥信号量就绪表、信号量集就绪表、消息邮箱就绪表、消息队列就绪表构成立体任务就绪表，其纵向包括1个任务就绪表、1个定时就绪表、5个事件就绪表、2个保留表；所述任务就绪表生成任务就绪表之间的生成算法：任务就绪＝定时器|信号量|互斥信号量|信号量集|消息邮箱|消息队列；所述任务就绪表生成任务中断之间的生成算法：对于任务就绪表，需要建立查找就绪任务算法，算法采用优先编码器，横向或运算，生成组优先级，对组优先级优先编码，得到组地址，再对组内优先编码得到组内地址X，则优先级Prio＝(Y<<3)|X；任务调度中断生成的算法：新生成的任务优先级与当前任务优先级比较，如果中断类型号小于当前任务优先级比较，则生成任务中断信号，向处理器请求任务中断，生成中断类型号INTNo：INTNo＝((！Prio)<<8)|Prio。

2.根据权利要求1所述的硬件实时操作系统，其特征在于实现硬件实时操作的具体执行过程为：

(1)、先对实时操作系统进行分析和抽象，将实时操作系统分解为硬件实时操作系统和软件实时操作系统两个部分，其中，硬件实时操作系统为一颗集成电路IC，其实时操作系统核心功能完全由硬件电路来实现，软件实时操作系统为与硬件实时操作系统相配合运行在嵌入式系统中的软件；

(2)、然后对硬件实时操作系统进行架构设计和建模，规划成易于硬件实现且高度综合的四个模块，最后应用电子设计自动化技术分别实现定时管理器、事件管理器、任务管理器和总线接口管理器，完成硬件实时操作系统集成电路IC的设计；

(3)、任务管理器是硬件实时操作系统的核心部件，包括立体就绪表、任务调度器和任务中断控制器三个模块，其中，立体就绪表实现定时管理器、事件管理器与任务管理器之间的信息传递和逻辑运算，并减少模块之间的耦合、提高系统稳定性；先由任务调度器生成任务就绪表中优先级最高的任务的优先级，再由任务中断控制器生成任务中断请求信号，并向处理器提出任务中断请求，运行在嵌入式系统中的软件实时操作系统将响应任务中断请求，实现任务切换；

(4)、在嵌入式系统设计中，硬件实时操作系统通过总线接口管理器与处理器CPU相连接，由硬件实时操作系统实现任务延时、事件响应、优先级操作、任务调度和任务中断工作，软件实时操作系统运行在嵌入式系统中，实现CPU与硬件实时操作系统之间的初始化、事件响应、任务调度数据交互和任务切换。