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1、基于Linux的嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究 1．引言 從上世紀八十年代開始，開始出現(xiàn)各種各樣的商用嵌入式操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)大部分都是為專用或通用系統(tǒng)而開發(fā)，如VxWorks、WindowsCE、pSOS、PalmOS、OS-9、LynxOS、QNX、LYNX基于Linux的嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究 1．引言 從上世紀八十年代開始，開始出現(xiàn)各種各樣的商用嵌入式操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)大部分都是為專用或通用系統(tǒng)而開發(fā)，如VxWorks、WindowsCE、pSOS、PalmOS、OS-9、LynxOS、QNX、L
2、YNX等，它們的優(yōu)點是為用戶提供良好的開發(fā)環(huán)境，提高了應用系統(tǒng)的開發(fā)效率，運行效率高、實時性好，缺點是價格昂貴且源代碼封閉。這就不僅影響了開發(fā)者的積極性，而且使得整個產品的成本急劇上升。［1］ 結合國內實情，嵌入式系統(tǒng)需要的是一套高度簡練、界面友好、質量可靠、應用廣泛、易開發(fā)、多任務、價格低廉的實時操作系統(tǒng)。 在嵌入式產品的開發(fā)中，有必要尋找一種廉價的嵌入式實時操作系統(tǒng)，以降低產品的開發(fā)成本和系統(tǒng)復雜度。由于Linux的具備的諸多優(yōu)點，對Linux進行適當?shù)母脑旌笞鳛榱畠r的嵌入式實時操作系統(tǒng)是一個值得探討的、具有
3、實際意義的問題。 2．Linux的特點 Linux是個與生俱來的網絡操作系統(tǒng)，成熟而且穩(wěn)定。Linux是源代碼開放軟件，不存在黑箱技術，任何人都可以修改它，或者用它開發(fā)自己的產品。Linux系統(tǒng)是可以定制的，系統(tǒng)內核目前已經可以做得很小。一個帶有中文系統(tǒng)及圖形化界面的核心程序也可以做到不足1MB，而且同樣穩(wěn)定。Linux作為一種可裁減的軟件平臺系統(tǒng)，是發(fā)展嵌入式產品的絕佳資源，遍布全球的眾多Linux愛好者又能給予Linux開發(fā)者強大的技術支持。因此，Linux作為廉價的嵌入式實時操作系統(tǒng)的選擇，是非常有發(fā)展前途
4、的。［2］［3］ ?。?）與硬件芯片的緊密結合 嵌入式Linux的一大特點是：與硬件芯片（如SOC等）的緊密結合。它不是一個純軟件的Linux系統(tǒng)，而比一般操作系統(tǒng)更加接近于硬件。嵌入式Linux的進一步發(fā)展，逐步地具備了嵌入式RTOS的一切特征：實時性及與嵌入式處理器的緊密結合?！ 。?）開放的源代碼 嵌入式Linux的另一大特點是：代碼的開放性。代碼的開放性是與后PC時代的智能設備的多樣性相適應的。代碼的開放性主要體現(xiàn)在源代碼可獲得上，Linux代碼開發(fā)就像是“集市式”開發(fā)，任意選擇并按自己的意愿整合出新的產
5、品。 對于嵌入式Linux，事實上是把BIOS層的功能實現(xiàn)在Linux的driver層。目前，在Linux領域，已經出現(xiàn)了專門為Linux操作系統(tǒng)定制的自由軟件的BIOS代碼，并在多款主板上實現(xiàn)此類的BIOS層功能?！ ?．RT-Linux的實現(xiàn)機理 RT-Linux對Linux內核進行改造，將Linux內核工作環(huán)境做了一些變化，如圖1所示： 從上圖可以看出，在Linux內核和硬件中斷的地方，加上了一個RT-Linux內核的控制。Linux的控制信號都要先交給RT-Linux內核先進行處理。在RT-Linu
6、x內核中實現(xiàn)了一個虛擬中斷機制，Linux本身永遠不能屏蔽中斷，它發(fā)出的中斷屏蔽信號和打開中斷信號都修改成向RT-Linux發(fā)送一個信號。如在Linux里面使用“sTI”和“cli”宏指令來屏蔽和使能中斷，是通過向x86處理器發(fā)送一個指令，而RT-Linux修改了這些宏指令，使得只是讓RT-Linux里面的某些標記做了修改而已。對所有的中斷，分成Linux中斷和實時中斷兩類，如果RT-Linux內核收到的中斷信號是普通Linux中斷，那就設置一個標志位；如果是實時中斷，就繼續(xù)向硬件發(fā)出中斷。在RTLinux中執(zhí)行sT
7、I將中斷打開之后，那些設置了標志位表示的Linux中斷就繼續(xù)執(zhí)行。因此，cli并不能禁止RTLinux內核的運行，卻可以用來中斷Linux。Linux不能中斷自己，而RT-Linux可以?！ T-Linux的設計原則：在實時內核模塊中的工作盡量少，如果能在Linux中完成而不影響實時性能的話，就盡量在Linux中完成。因此，RTLinux內核盡量做的簡單，在RT-Linux內核中，不應該等待資源，也不需要使用共享旋轉鎖（SpinLock），實時任務和Linux進程間的通信也是非阻塞的，從來不用等待進隊列和出隊列的數(shù)
8、據(jù)?！ T-Linux將系統(tǒng)和設備的初始化交給了Linux完成，對動態(tài)資源的申請和分配也交給了Linux。RT-Linux使用靜態(tài)分配的內存來完成硬實時任務，因為在沒有內存資源的時候，被阻塞的線程不可能具有硬實時能力?！ ?．改變Linux內核的體系結構 Linux的內核體系采用的是Monolithic，在這種體系結構中，內核的所有部分都集
