CPS操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical System, CPS)旨在將信息世界與物理世界融合在一起,通過嵌入式計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、感知技術(shù)以及控制技術(shù)的綜合應(yīng)用,達(dá)到對物理世界的實(shí)時感知、認(rèn)知分析以及實(shí)時控制反饋。CPS的概念一經(jīng)提出,便得到了工業(yè)界以及學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注,美國國家基金委員會將 CPS列為未來影響美國技術(shù)領(lǐng)先地位的八項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的首位。本文圍繞著CPS的基本結(jié)構(gòu)特征,對CPS操作系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究。

2、　　本文在分析CPS結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,針對目前沒有一種比較清晰的體系結(jié)構(gòu)能夠很好的描述CPS中節(jié)點(diǎn)的交互過程,給出一種CPS的三層體系結(jié)構(gòu),詳細(xì)闡述了物理節(jié)點(diǎn)之間的互通、互聯(lián)、互控。接下來,從實(shí)時性、并發(fā)性、可預(yù)測性的角度出發(fā),分析了CPS對操作系統(tǒng)軟件的高標(biāo)準(zhǔn)要求?；谶@樣的要求,指出傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)在進(jìn)程間同步、通信機(jī)制方面的不適應(yīng)之處,提出了一種面向?qū)ο蟮倪M(jìn)程間通信機(jī)制,將任務(wù)屬性與通信能力統(tǒng)一封裝成對象的概念,通過對象間端口的

3、操作,完成系統(tǒng)中各對象的無阻塞通信,更好的滿足CPS的實(shí)時性、并發(fā)性要求。設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了兩種進(jìn)程間非阻塞的通信算法,通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了算法的正確性以及性能的比較驗(yàn)證。
　　此外,本文對比分析了傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)所采用的各種進(jìn)程調(diào)度機(jī)制,并結(jié)合CPS操作系統(tǒng)特點(diǎn),提出了一種面向不同CPS功能節(jié)點(diǎn)的分層調(diào)度機(jī)制,根據(jù)節(jié)點(diǎn)功能、任務(wù)屬性的差異,采取不同的分層次調(diào)度算法,確保實(shí)時任務(wù)與非實(shí)時任務(wù)的及時響應(yīng),更好的滿足CPS的對實(shí)時性、可靠性要求