�。螅恚幔颍簦铮笫怯烧憬髮W(xué)嵌入式中心研制的嵌入式操作系統(tǒng)，是陳天洲領(lǐng)導(dǎo)下的嵌入式操作系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，完全自主研發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)。在面向嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，ｓｍａｒｔｏｓ具有較多的技術(shù)創(chuàng)新，多個(gè)組件在普天、西湖數(shù)源、ｉｎｔｅｌ、網(wǎng)新、信雅達(dá)等公司得到推廣應(yīng)用。

　　嵌入式操作系統(tǒng)ｓｍａｒｔｏｓ及相關(guān)組件，在２００５年１月１５日正式推出了ｓｍａｒｔｏｓ�。保鞍�，并在２００５年６月１５日開(kāi)源。ｓｍａｒｔｏｓ�。保耙呀�(jīng)通過(guò)了上海市計(jì)算機(jī)軟件評(píng)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的功能評(píng)測(cè)（２００５年１月）與性能評(píng)測(cè)（２００５年４月）。２００５年１０月發(fā)布２．０版本，是一個(gè)可支持下一代ｓｏｃ與多核芯片的實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)。

　�。螅恚幔颍簦铮笾饕膭�(chuàng)新：

　　（１）分組硬實(shí)時(shí)調(diào)度算法

　　嵌入式系統(tǒng)的任務(wù)有以下特點(diǎn)：任務(wù)數(shù)目少，任務(wù)使用的資源固定，各個(gè)任務(wù)的實(shí)時(shí)要求固定。通用的操作系統(tǒng)處理的任務(wù)隨機(jī)性比較大，而在特定的嵌入式環(huán)境中，任務(wù)是可枚舉可預(yù)測(cè)的�？梢葬槍�(duì)這個(gè)特性對(duì)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到實(shí)時(shí)性的要求。

　　分組硬實(shí)時(shí)調(diào)度器，首先統(tǒng)計(jì)各個(gè)可預(yù)測(cè)任務(wù)的特點(diǎn)，將每個(gè)特點(diǎn)稱(chēng)為這個(gè)進(jìn)程的一個(gè)維。如：任務(wù)需要使用的寄存器數(shù)量就是一個(gè)維。由于調(diào)度算法過(guò)度使用枚舉，使得算法過(guò)于復(fù)雜，資源消耗太大，調(diào)度器對(duì)任務(wù)進(jìn)行了分組，將維空間相近的任務(wù)聚類(lèi)為組，并且將一定數(shù)量維上相似的組組合為組群。聚類(lèi)的方法可以用歐幾里得距離，在組空間計(jì)算進(jìn)程間距離、組間距離，以部分維數(shù)，計(jì)算組群間距離。

　　調(diào)度算法抽象為如下：

　�。保∮�(jì)算兩個(gè)任務(wù)的各個(gè)維有無(wú)沖突。

　�。玻�(duì)于一個(gè)有不同組群組成的系統(tǒng)，在任務(wù)切換時(shí)選取于當(dāng)前進(jìn)程所在組群距離最小并且相吸的組群中的進(jìn)程，可以保證調(diào)度的最優(yōu)化。

　�。ǎ玻悖幔悖瑁蹇煞峙涞膬�(nèi)存調(diào)度算法

　　操作系統(tǒng)的運(yùn)行離不開(kāi)對(duì)內(nèi)存的操作，但由于內(nèi)存的訪問(wèn)速度較慢，直接導(dǎo)致處理器流水線中斷。目前主要利用ｃａｃｈｅ來(lái)加快數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度。但是再大的ｃａｃｈｅ也一定有失配的情況，這可能直接導(dǎo)致實(shí)時(shí)性差，不能獲得預(yù)期的相應(yīng)速度，難以實(shí)現(xiàn)時(shí)間的可預(yù)測(cè)性。本項(xiàng)目立足于現(xiàn)在嵌入式體系結(jié)構(gòu)中的新特點(diǎn)，如ｍｍｕ、ｃａｃｈｅ可分配為內(nèi)存等特點(diǎn)，研發(fā)了新型的存儲(chǔ)訪問(wèn)模型。

　　項(xiàng)目組在ａｒｍ　ｖ５的基礎(chǔ)上，使用了ｉｎｔｅｌ近年推出的ｘｓｃａｌｅ系列芯片，目前使用的是２００４年推出的ｘｓｃａｌｅ�。穑幔玻罚�。通過(guò)ｘｓｃａｌｅ提供的ｃａｃｈｅ操作指令，可以將一部分ｃａｃｈｅ重構(gòu)為內(nèi)存，給這塊ｃａｃｈｅ賦予一塊地址空間。

　�。ǎ常┲С侄嗤庠O(shè)虛設(shè)備的層次文件系統(tǒng)

　　現(xiàn)今大容量存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)作為可移動(dòng)嵌入式系統(tǒng)上的多種應(yīng)用程序不可缺少的重要存儲(chǔ)手段。目前嵌入式系統(tǒng)的主要存儲(chǔ)設(shè)備包括ｃｆ卡、ｍｍｃ／ｓｄ卡、微硬盤(pán)等。對(duì)于大容量這一條件來(lái)講，微硬盤(pán)顯然是最好的選擇。但是可移動(dòng)嵌入式系統(tǒng)根本不能接受微硬盤(pán)過(guò)度的電源功耗，這就限制了它的使用。而ｃｆ卡等低容量設(shè)備功效卻比微硬盤(pán)低的多。

　　所以需要設(shè)計(jì)一種新的文件系統(tǒng)，能夠高效利用電源，并且克服存儲(chǔ)容量的限制，這就是基于虛設(shè)備的層次文件系統(tǒng)。它充分利用了多種移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的不同特性，綜合了ｃｆ卡高效電源利用和微硬盤(pán)大容量等特征，提供了一個(gè)節(jié)能高效的大容量存儲(chǔ)管理系統(tǒng)。

　　為了最大限度的平衡現(xiàn)有文件系統(tǒng)的工作和對(duì)所有實(shí)現(xiàn)保持一個(gè)一致的框架，我們實(shí)現(xiàn)了一種基于邏輯虛設(shè)備層的設(shè)計(jì)方案�！∵壿嬏撛O(shè)備對(duì)于本地內(nèi)核文件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)普通設(shè)備，它允許現(xiàn)有文件系統(tǒng)讀寫(xiě)邏輯磁盤(pán)地址。而邏輯虛設(shè)備層能夠完成從邏輯地址到物理磁盤(pán)地址的轉(zhuǎn)換，并且可以靈活地調(diào)度底層設(shè)備以完成實(shí)際的ｉ／ｏ。

　�。ǎ矗┢瑑�(nèi)操作系統(tǒng)

　　項(xiàng)目組研究了在ｓｏｃ內(nèi)集成微內(nèi)核的操作系統(tǒng)，將嵌入式操作系統(tǒng)分為片內(nèi)操作系統(tǒng)（ｏｓ�。铮睢。悖瑁椋穑┖推獠僮飨到y(tǒng)。

　　我們利用片內(nèi)ｆｌａｓｈ、ｒｏｍ等存儲(chǔ)器，固化一個(gè)微內(nèi)核的操作系統(tǒng)，我們稱(chēng)之為片內(nèi)操作系統(tǒng)。片內(nèi)操作系統(tǒng)封裝了所有ｓｏｃ內(nèi)的系統(tǒng)資源，包括計(jì)算、存儲(chǔ)、通訊等能力。

　　這種體系架構(gòu)巧妙應(yīng)用了ｓｏｃ高速／低功耗的優(yōu)點(diǎn)，由片內(nèi)ｏｓ來(lái)管理ｃｐｕ和內(nèi)存，完成進(jìn)程同步，調(diào)度和內(nèi)存管理。該片內(nèi)系統(tǒng)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是透明的，外圍操作系統(tǒng)通過(guò)片內(nèi)系統(tǒng)提供的接口進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度同步和內(nèi)存管理。而外圍操作系統(tǒng)則完成包括外設(shè)驅(qū)動(dòng)，文件系統(tǒng)等其他功能。

　�。ǎ担┟嫦蚨嗪耍螅铮愕淖泳�程體系結(jié)構(gòu)

　　隨著深亞微米技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代芯片逐步向著采用雙核、三核等多核模型的芯片發(fā)展，在手機(jī)等嵌入式系統(tǒng)中引入多核心的架構(gòu)將可以全面增加處理器的功能。隨著應(yīng)用的增多，對(duì)于單核ｃｐｕ而言，需要輪換著分配每個(gè)獨(dú)立任務(wù)時(shí)間，任務(wù)之間