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1、改進嵌入式Linux系統(tǒng)實時性新方案時間:2009-05-1223:31來源:LinuxWebsite作者:尚觀點擊:73次對嵌入式Linux進行實時性改進是嵌入式操作系統(tǒng)領域的一個研究熱點。本文在分析了現(xiàn)有嵌入式操作系統(tǒng)實時性不足的基礎上，提出了一種新型的改進方案(將RTAI和uClinux相結合)，并給出 對嵌入式Linux進行實時性改進是嵌入式操作系統(tǒng)領域的一個研究熱點。本文在分析了現(xiàn)有嵌入式操作系統(tǒng)實時性不足的基礎上，提出了一種新型的改進方案(將RTAI和uClinux相結合)，并給出具體的工控應用實例，進一步對這種系統(tǒng)的功能進行有效驗證。圖1：雙
2、內(nèi)核實時系統(tǒng)嵌入式實時Linux架構。嵌入式Linux以代碼開放、價格低廉、功能強大又易于移植的特性正在被廣泛應用，為嵌入式操作系統(tǒng)提供了一個極具吸引力的選擇。但許多實際應用，譬如多媒體通信、生產(chǎn)過程控制、在線事務處理等等都要求對外部事件在限定的時間內(nèi)做出反應。因而嵌入式系統(tǒng)實時性問題越來越受到關注，對嵌入式Linux進行實時性改進也成為嵌入式操作系統(tǒng)領域的一個研究熱點。本文提出了一種基于uClinux的嵌入式實時操作系統(tǒng)方案。將RTAI和uClinux相結合，既滿足了嵌入式應用的需求，同時又保證了系統(tǒng)的硬實時性。此外，還有強大的網(wǎng)絡功能、易升級性、易移植性
3、等優(yōu)點。最后結合基于這一操作系統(tǒng)開發(fā)的重大裝備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應用案例，進一步從功能和性能上對其進行驗證?，F(xiàn)有嵌入式操作系統(tǒng)應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)成功的關鍵。它除了具備一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務調(diào)度、同步機制、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.提供強大的網(wǎng)絡功能，支持TCP/IP協(xié)議及其他協(xié)議；5.有些應用要求具有實時性能。現(xiàn)有的嵌入式操作系統(tǒng)大致可分為商用型和免費型兩類：商用型操作系統(tǒng)由于功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術支持和售后服務，
4、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、源代碼不公開等一系列問題；免費型操作系統(tǒng)(如Linux)源碼公開，有價格方面的優(yōu)勢，但在嚴格滿足嵌入式實時應用需求方面還有欠缺。圖2：實時內(nèi)核實現(xiàn)機理RTAI對Linux的實時性改進現(xiàn)有幾種針對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)核結構，如：RTLinux或RTAI。Montavista可以滿足用戶的軟實時要求，RTLinux或RTAI著重增強Linux的硬實時特性。軟實
5、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致系統(tǒng)失敗、或者導致系統(tǒng)不能實現(xiàn)它的預期目標。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
6、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是為嵌入式應用設計的，它本身并沒有更多地關注實時問題。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
7、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)絡協(xié)議，為嵌入式系統(tǒng)提供了強大的網(wǎng)絡支持。而從前面的分析可以看出，RTAI是基于普通Linux內(nèi)核，相對于嵌入式應用其內(nèi)核過于龐大；而uClinux本身并沒有更多地關注實時問題。因此，可以將RTAI和uClinux相結合，采用雙內(nèi)核的設計方案，既滿足了嵌入式應用的需求，又保證了系統(tǒng)的硬實時性。1．硬件抽象層圖3：系統(tǒng)中斷處理流程圖系統(tǒng)的實現(xiàn)基礎是硬件抽象層，通過硬件抽象層進行硬件管理，把基本內(nèi)核和實時內(nèi)核結合在一起，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
8、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)
