簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 徐子傑
Hsu, Zi-Jie
論文名稱: 多核心嵌入式運算平台之設計與實現
Design of a Multi-core Embedded Computation Platform
指導教授: 周哲民
Jou, Jer-Min
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 115
中文關鍵詞: 嵌入式系統多核心運算平台硬體排程硬體內文切換硬體信號機制
外文關鍵詞: Embedded System, Multi-core Computation Platform, hardware context switch, hardware scheduling, hardware semaphore
相關次數: 點閱:90下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 隨著行動運算時代來臨,越來越多複雜的應用程式需要被使用,因此嵌入式系統效能的提升已經變成現代科技產業最重要的問題。處理器和嵌入式作業系統是兩個影響嵌入式系統效能的最主要的原因,由於半導體製程技術的進步,提升處理器的速度是目前提升嵌入式系統效能最普遍的方式,但是當時脈達到一定程度時會衍生出能量消耗以及散熱等問題,基本上單顆處理器的效能已經達到極致,因此單晶片多核心處理器已經成為新一代設計主流趨勢,然而嵌入式作業系統也會對嵌入式系統的效能造成巨大影響,傳統的嵌入式作業系統是用軟體方式實現,傳統提升嵌入式作業系統的效能都是透過更快速的演算法和更有效率的資料結構,但是透過軟體的方式去提升效能始終還是會有極限,或一昧的提升處理器速度但卻忽略處理器和作業系統間密不可分的關係也很難得到最佳的效能,因此我們認為要有效提升整體嵌入式系統的效能勢必要將處理器和作業系統共同設計。我們提出多核心嵌入式運算平台,此平台透過處理器和硬體作業相互配合,達成硬體內文切換、硬體排程、硬體信號機制、硬體系統呼叫來提升整體嵌入式系統的效能。最後實驗的結果顯示多核心嵌入式運算平台確實可以有效提升嵌入式系統的效能。

    With the mobile computing coming, application is becoming more and more complex. Improving embedded system performance is critical issue in modern technology industry. Because of advanced semiconductor manufacturing technology, the common way to improve the embedded system performance is improving the performance of processor. However the performance of embedded operating system has strong influence on embedded system performance. To get more performance of embedded system it is necessary that operating system CPU co-design. We propose a Multi-core Embedded Computation Platform (MECP). MECP improve the performance of embedded system through hardware context switch, hardware scheduling, hardware semaphore and hardware system call. The experimental show that MECP cad substantially improve embedded system performance.

    摘要 III ABSTRACT IV INTRODUCTION IV MATERIALS AND METHODS V RESULTS AND DISCUSSION VI CONCLUSION VII 誌謝 IX 目錄 X 表目錄 XII 圖目錄 XIII 第1章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3論文架構 2 第2章 背景知識與相關研究 3 2.1嵌入式系統 3 2.1.1嵌入式硬體 3 2.1.2嵌入式軟體 3 2.2嵌入式作業系統 4 2.2.1嵌入式作業特性 4 2.2.2嵌入式作業系統功能 6 2.3平行計算機架構 17 2.3.1單處理器系統 17 2.3.2多處理器系統 19 2.4相關研究 21 2.4.1 HOSK 21 2.4.2 MulTEP 21 2.4.3 HM-HMCP 21 2.4.4 SEOS 22 2.4.5 Hardware theread-context switching 23 第3章 多核心嵌入式運算平台規格建立與模型設計 24 3.1多核心嵌入式運算平台概述 24 3.2多核心嵌入式運算平台特性分析 24 3.3多核心嵌入式運算平台功能規格設計 25 3.4多核心嵌入式運算平台應用程序接口設計 26 3.5多核心嵌入式運算平台階層式模型設計 30 3.5.1多核心嵌入式運算平台第一階層設計 30 3.5.2多核心嵌入式運算平台第二階層設計 32 3.5.3多核心嵌入式運算平台第三階層設計 34 3.6任務控制區塊寫入模型分析 44 第4章 多核心嵌入式運算平台設計與實現 51 4.1處理器設計與實現 51 4.1.1處理器暫存器組設計 52 4.1.2處理器指令集架構設計 53 4.1.3內文切換單元設計 57 4.1.4記憶體空間規劃與分配 58 4.2硬體作業系統設計與實現 62 4.2.1任務控制區塊設計 63 4.2.2處理器控制區塊設計 64 4.2.3排程器和分派器設計 65 4.2.4內文切換管理器設計 66 4.2.5任務管理器設計 67 4.2.6信號控制器設計 69 4.2.7中斷服務任務控制器設計 71 4.2.8多核心控制器設計 72 第5章 多核心嵌入式平台實作與實驗結果分析 75 5.1開發平台 75 5.2多核心嵌入式平台實驗方法和輸入輸出配置 77 5.3多核心嵌入式平台合成結果 77 5.4多核心嵌入式平台實驗數據與結果分析 79 5.5實驗總結 112 第6章 總結與未來展望 113 參考文獻 114

    [1] Raffaello D'Andrea, “The astounding athletic power of quadcopters”, https://www.ted.com/talks/raffaello_d_andrea_the_astounding_athletic_power_of_quadcopters 2013
    [2] STMicroelectronics, “STM32F4DISCOVERY Datasheet”, http://www.st.com/stonline/stappl/resourceSelector/app?page=fullResourceSelector&doctype=datasheet&LineID=1806
    [3] FreeRTOS Labs, “Free Real-Time Operating System”, http://www.freertos.org/index.html
    [4] Intel, “MCS-51 MICROCONTROLLER FAMILY USER’S MANUAL”, http://datasheets.chipdb.org/Intel/MCS51/MANUALS/27238302.PDF
    [5] ARM, “Cortex-A Series”, http://www.arm.com/products/processors/cortex-a/
    [6] Qing Li Caroline Yao, “Real-Time Concepts for Embedded Systems”, CMP Books 2003
    [7] JEAN J. LABROSSE, “MicroC/OS-II: Thre Real-Time Kernel Second Edition”, CMP Books 2002
    [8] Hammond, L., Hubbert, B., Siu, M., Prabhu, M. K., Chen, M., & Olukolun, K. "The Stanford hydra cmp". Micro, IEEE, 20(2), 71-84, 2000.
    [9] David A. Patterson, John L. Henness, “Computer Organization and Design: The Hardware/Software Interface 5th”, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS
    [10] David A. Patterson, John L. Henness, “Computer Architecture A Quantitative Approach 5th”, MORGAN KAUFMANN PUBLISHERS
    [11] Sanggyu Park, Do-sun Hong and Soo-Ik chae, “A hardware operating system kernel for multi-processor systems”, IEICE Electronics Express Vol. 5 (2008) No. 9 P 296-302
    [12] Panit Watcharawitch, “MulTEP: A MultiThreaded Embedded Processor”, Doctoral Dissertation 2010 University of Cambridge
    [13] Jason M. Agron, “Hardware Microkernels - A Novel Method for Constructing Operating Systems for Heterogeneous Multi-Core Platforms”, Doctoral Dissertation 2010 University of Arkansas
    [14] Xilinx, “MicroBlaze Processor Reference Guide”, http://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/mb_ref_guide.pdf
    [15] Soon Ee Ong, Siaw Chen Lee, “SEOS: Hardware Implementation of Real-Time Operating System for Adaptability”, Computing and Networking (CANDAR), 2013 First International Symposium
    [16] L. SaWALHA, m. p. Tull and R. D. Barnes, “Hardware theread-context switching”, ELECTRONICS LETTERS 14th March 2013 Vol. 49 No. 6
    [17] Terasic, “DE2i-150 FPGA Development Kit ”, http://www.terasic.com.tw/cgi-bin/page/archive.pl?Language=English&CategoryNo=11&No=529
    [18] Intel, “Intel® Atom™ Processor N270”, http://ark.intel.com/products/36331/Intel-Atom-Processor-N270-512K-Cache-1_60-GHz-533-MHz-FSB
    [19] Atera, “Cyclone IV Device Handbook”, Altrea Corporation November 2011
    [20] STMicroelectronics, “STM32F429 Datasheet”, http://www.st.com/stonline/stappl/resourceSelector/app?page=fullResourceSelector&doctype=datasheet&LineID=1806
    [21] ARM, “Cortex-M Series”, http://www.arm.com/products/processors/cortex-m/
    [22] 藍楓葉, “自己動手寫嵌入式操作系統”, 文魁資訊 電子工業出版社

    無法下載圖示 校內:2020-12-28公開
    校外:不公開
    電子論文尚未授權公開,紙本請查館藏目錄
    QR CODE