随着多核处理器在嵌入式领域的应用,面向多核处理器的嵌入式实时操作系统成为近些年的研究热点。虽然多核架构的引入为嵌入式系统带来了性能提升,但在多核架构下,多个核心竞争使用核间共享资源,也为系统的实时性引入了更多的不确定性。本文在研究多款面向SMP的典型RTOS时发现以下不足:广泛用作多核操作系统底层同步机制的FIFO自旋锁算法,在自旋锁排队时,会影响系统关中断时长;现有的全局调度机制缺乏优化,全局任务就绪队列易成为任务调度的瓶颈,影响任务调度实时性;系统所提供的软件定时器往往直接延用单核环境的实现方式,缺乏针对多核环境的优化考虑。基于上述研究分析,本文在自主研制的面向SMP处理器的RTOS原型AntOS的基础上,针对内核自旋锁机制、全局调度机制和软件定时器功能等方面展开了优化研究,对原型系统进行性能优化与功能完善。主要工作和创新点包括:其一,提出并实现了一种可响应中断的IRS(Interrupt Responsive Spinlock)自旋锁机制,该机制允许处理器核在自旋等待期间响应中断,在持有锁期间屏蔽中断,在保证内核临界区互斥性的前提下,及时响应硬件中断,可以有效消除自旋锁排队对系统中断响应实时性的影响;其二,对原型系统的全局调度机制进行优化,提出并实现了一种全局调度优先级位锁,该同步锁算法可以允许多个处理器核并行地操作全局任务就绪队列,降低任务调度时延,提升任务调度的实时性;其三,扩展并完善了原型系统功能,包括细化临界区粒度、实现中断嵌套和软件定时器功能,其中针对多核环境所研究实现的软件定时器功能,将多个回调函数分配至不同处理器核上执行,从而能够避免传统单核实现方式下,回调函数只能串行执行而导致的计时误差问题。本文在搭载ARM Cortex-A9MP四核SMP架构处理器的iMX6Q开发板上对优化完善后的AntOS进行了测试与验证。测试结果表明,优化后的系统各功能运行正常,上述优化方案能够有效降低系统关中断时长和任务调度时延,提升系统实时性能。