[01194198]嵌入式实时可配置操作系统研制及其应用开发

基于对嵌入式操作系统和可重构计算的研究，针对嵌入式系统功能再配置，研制了支持动态再配置的嵌入式实时可配置操作系统，在此基础上开发了嵌入式系统远程动态功能再配置平台，SoC总线测试平台，应用上述研究成果研制了系列数据采集终端等嵌入式产品。该项目受国家“863计划”SoC专项课题“家庭网络核心SoC平台和整体解决方案”、国家火炬计划项目“基于Internet的条形码数据采集终端（2005EB011059）”、山东省重大科技专项“具有自主知识产权的嵌入式系统研究及开发”、山东省科技专项“基于可重构计算技术的嵌入式平台及可配置实时操作系统的研究开发（2004GG2203093）”、青岛市科技计划项目“可重构计算平台研究及IRL实现”、青岛市重点实验室创新项目“嵌入式操作系统的研究与开发”等项目支持。针对平台的动态再配置要求，研制开发了具有自主知识产权的嵌入式实时可配置操作系统HW-RRT-EOS。该OS采用双内核机制，具有任务定制功能，采用文件管理方式实现设备管理。通过在操作系统中导入对FPGA的动态加载，实现了对再配置逻辑动态写入的支持。FPGA驱动模块可从内核中动态卸载，以保证内核的微型化。远程动态功能再配置平台以HW-RRT-EOS为系统核心，由再配置逻辑生成及传输装置、目标系统再配置支持机制和再配置装置等组成。可重构模块由嵌入式实时可配置操作系统的实时内核调度，保证了再配置过程的实时性。64KB配置比特流文件的远程装载时间小于1200ms（已有IRL平台的远程装载时间至少需要3000ms）。传统对FPGA进行配置的方法是利用专用的EPROM，采用一次性OPT方式编程，这种方式对于在线升级无法实现，本平台采用CPU模拟的方式，既节约了硬件成本又可实现在线升级。平台支持ARM、PowerPC等多种处理器，具有良好的移植性。基于对SoC测试技术的研究，针对片上系统总线的测试需求，研制了SoC总线测试平台。SoC总线测试平台主要包括事务库、总线任务库和测试激励生成机制、总线功能建模等部分。其核心是通过在验证过程中引入事务的概念，将引脚级提升到一个指定的较高的抽象层次，从而可有效地支持测试平台的开发和重用；使用高级语言建立事务库，实现对开发出的事务函数的管理；利用事务函数，可方便地从更高的抽象层次完成对测试激励的设计；总线任务库实现对构建的总线功能模型和总线任务的管理，总线任务是对测试对象SoC总线的功能、时序逻辑的描述，总线功能模型是对挂接在总线上的主从设备的抽象描述。基于上述研究工作，相继完成了条形码数据采集终端、无线便携式数据采集终端、HDT-300数据采集终端等嵌入式产品。目前，已应用于家电、电信等多行业，社会效益显著，经济效益逾亿元。