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《一種改進(jìn)嵌入式linux操作系統(tǒng)實時性的新型方案》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、一種改進(jìn)嵌入式Linux操作系統(tǒng)實時性的新型方案
2、第1lunouseg(this)">[相關(guān)貼圖]500)this.style.ouseg(this)">圖1：雙內(nèi)核實時系統(tǒng)嵌入式實時Linux架構(gòu)。嵌入式Linux以代碼開放、價格低廉、功能強(qiáng)大又易于移植的特性正在被廣泛應(yīng)用，為嵌入式操作系統(tǒng)提供了一個極具吸引力的選擇。但許多實際應(yīng)用，譬如多媒體通信、生產(chǎn)過程控制、在線事務(wù)處理等等都要求對外部事件在限定的時間內(nèi)做出反應(yīng)。因而嵌入式系統(tǒng)實時性問題越來越受到關(guān)注，對嵌入式Linux進(jìn)行實時性改進(jìn)也成為嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個研究熱點。本文提出了一種基于
3、uClinux的嵌入式實時操作系統(tǒng)方案。將RTAI和uClinux相結(jié)合，既滿足了嵌入式應(yīng)用的需求，同時又保證了系統(tǒng)的硬實時性。此外，還有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、易升級性、易移植性等優(yōu)點。最后結(jié)合基于這一操作系統(tǒng)開發(fā)的重大裝備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用案例，進(jìn)一步從功能和性能上對其進(jìn)行驗證?，F(xiàn)有嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題一個優(yōu)秀的嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。它除了具備一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件功能等，還需要具有以下特點：1.更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性；2.占有更少的硬件資源；3.高可靠性；4.提供強(qiáng)大的網(wǎng)
4、絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議及其他協(xié)議；5.有些應(yīng)用要求具有實時性能?，F(xiàn)有的嵌入式操作系統(tǒng)大致可分為商用型和型兩類：商用型操作系統(tǒng)由于功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，在嵌入式市場占有一定的份額。但它同時也存在價格昂貴、需要版權(quán)、源代碼不公開等一系列問題；型操作系統(tǒng)(如Linux)源碼公開，有價格方面的優(yōu)勢，但在嚴(yán)格滿足嵌入式實時應(yīng)用需求方面還有欠缺。圖2：實時內(nèi)核實現(xiàn)機(jī)理。500)this.style.ouseg(this)">[相關(guān)貼圖]500)this.style.ouseg(this)">RTAI對Linux的實時性改進(jìn)現(xiàn)有幾種針
5、對Linux的實時系統(tǒng)解決方案，實現(xiàn)方法主要包括兩種：1)直接修改Linux內(nèi)核、增加實時性，如：Montavista；2)在普通Linux內(nèi)核之上增加實時模塊、雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)，如：RTLinux或RTAI。Montavista可以滿足用戶的軟實時要求，RTLinux或RTAI著重增強(qiáng)Linux的硬實時特性。軟實時系統(tǒng)的時限是柔性靈活的，它可以容忍偶然的超時錯誤。失敗造成的后果并不嚴(yán)重，僅僅是輕微地降低了系統(tǒng)的吞吐量。硬實時系統(tǒng)有一個剛性的、不可改變的時間限制，它不允許任何超出時限的錯誤。超時錯誤會帶來損害甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失敗、或者導(dǎo)致系統(tǒng)不能實現(xiàn)它的預(yù)期
6、目標(biāo)。RTAI采用雙內(nèi)核方法，不直接使用Linux的任何功能，而是把需要高度時間精度的工作寫成一個驅(qū)動程序的形式，然后直接用PC時序芯片所產(chǎn)生的中斷調(diào)用這個驅(qū)動程序。RTAI與NMTRT-Linux的最大不同之處在于，它在Linux上定義了一組實時硬件抽象層(RTHAL)。RTHAL將RTAI需要在Linux中修改的部分定義成一組程序界面，RTAI只使用這組界面和Linux溝通。這樣做的好處在于，用戶可以將直接修改的Linux核心程序代碼減至最小，這有可能使得將RTHAL移植到新版Linux的工作量減至最低。但是，RTAI雖然滿足了硬實時性要求，卻
7、沒有被裁減為足夠小且適用于嵌入式系統(tǒng)。RTAI+uClinux的實時方案uClinux是為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的，它本身并沒有更多地關(guān)注實時問題。uClinux經(jīng)過小型化改造，形成了一個高度優(yōu)化、代碼緊湊的嵌入式Linux，并保留了Linux大多數(shù)的優(yōu)點。它專門針對無MMU的CPU，去除了普通Linux內(nèi)核中的虛擬內(nèi)存管理部分。更重要的是，uClinux提供了完整的TCP/IP協(xié)議棧，并支持大量其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，為嵌入式系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持。而從前面的分析可以看出，RTAI是基于普通Linux內(nèi)核，相對于嵌入式應(yīng)用其內(nèi)核過于龐大；而uClinux本身并
8、沒有更多地關(guān)注實時問題。因此，可以將RTAI和uClinux相結(jié)合，采用雙內(nèi)核的設(shè)計方案，既滿足了嵌入式應(yīng)用的需求，又保證了系統(tǒng)的硬實時性。1．硬件抽象層圖3：系統(tǒng)中斷處理流程圖。500)this.style.ouseg(this)">[相關(guān)貼圖]500)this.style.ouseg(this)">系統(tǒng)的實現(xiàn)基礎(chǔ)是硬件抽象層，通過硬件抽象層進(jìn)行硬件管理，把基本內(nèi)核和實時內(nèi)核結(jié)合在一起，其中一個內(nèi)核的改變，不會影響另一個內(nèi)核的執(zhí)行。硬件抽象層定義了本系統(tǒng)同硬件之間的抽象接口，主要用來截取硬件中斷，并且依據(jù)實時內(nèi)核調(diào)度器的需求，重定向為基本內(nèi)核任務(wù)
9、或是實時任務(wù)。RTHAL包含一個關(guān)鍵的組件：中斷描述符表(IDT，InterruptDescriptorTable)，它定
