基于Linux的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分析與研究

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1、第%%卷第(期小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)^U5k%%WUk(%##"年(月2LWLi2LMGNOjOH12JE6/%##"文章編號(hào)!"###$"%%#&%##"’#($"#"($#)基于=>?@A的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的分析與研究邢國(guó)良"韋宏利"伍衛(wèi)國(guó)"陳劍%"&西安交通大學(xué)新型計(jì)算機(jī)研究所陜西西安B"##)C’%&西安交通大學(xué)計(jì)算機(jī)軟件研究所陜西西安B"##)C’摘要!本文討論了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的現(xiàn)狀及標(biāo)準(zhǔn)D48E-作為實(shí)時(shí)應(yīng)用的一些不足,并從實(shí)現(xiàn)機(jī)制上分析了造成這些不足的原因/在此基礎(chǔ)上,深入分析了現(xiàn)有的實(shí)時(shí)D48E-操作系統(tǒng)的特性和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)原

2、理,并對(duì)進(jìn)一步的工作提出了展望/關(guān)鍵詞!實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)FD48E-FGHD48E-F任務(wù)調(diào)度F中斷模擬F時(shí)間精度F進(jìn)程通信中圖分類(lèi)號(hào)!HI+C"文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼!JK引言如任務(wù)必須在時(shí)限內(nèi)完成,否則會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的后果,這種實(shí)時(shí)系統(tǒng)稱(chēng)為硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)&a3ZTZ;35$<4;QbQ<;’c"d/若偶爾隨著基于L8<;5微處理器芯片的兼容IM機(jī)性?xún)r(jià)比的不超過(guò)時(shí)限不會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)應(yīng)用造成損害,則稱(chēng)為軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)&QU[<斷提高,在實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域,兼容IM機(jī)及基于兼容IM機(jī)的工c"dZ;35$<4;QbQ<;’,如視頻會(huì)議系統(tǒng),偶爾的圖象幀損失是控

3、機(jī)&如IM"#)’得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用/而實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)可以接受的/用需求也發(fā)生了很大變化,現(xiàn)代的實(shí)時(shí)應(yīng)用往往要求大容量與時(shí)限的保證性直接相關(guān)的是系統(tǒng)的最壞情況參數(shù),同的數(shù)據(jù)處理能力,復(fù)雜的圖形用戶(hù)接口0網(wǎng)絡(luò)支持等/這就對(duì)VWLX一樣,D48E-操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是取得最優(yōu)平均性實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提出了更高的要求/能,因此有很多方面無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求/現(xiàn)在流行的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)&GHNO’可分為兩類(lèi)!第一類(lèi)‘/K進(jìn)程調(diào)度問(wèn)題以現(xiàn)有的操作系統(tǒng)為基礎(chǔ),擴(kuò)充了實(shí)時(shí)特性/基于PNO的有D48E-的核心是不可搶先的,采用基于固定時(shí)間片的可M<3

4、QR,STUQ等,由于PNO的單任務(wù)和不可重入特性,這些系變優(yōu)先級(jí)調(diào)度c%d,當(dāng)一個(gè)低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程由于調(diào)用系統(tǒng)JIL統(tǒng)只能滿(mǎn)足簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)應(yīng)用/基于VWLX有P464<35VWLX而進(jìn)入核心狀態(tài)后,除非當(dāng)前進(jìn)程需要等待資源釋放而掛起,等,通過(guò)下文中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)D48E-的分析&同樣適用于VWLX系否則后來(lái)的高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程只能等待當(dāng)前進(jìn)程完成系統(tǒng)調(diào)統(tǒng)’可以看出,由于類(lèi)VWLX分時(shí)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是取用,而系統(tǒng)調(diào)用的完成時(shí)間有很大的不可預(yù)測(cè)性,這對(duì)一些要得最優(yōu)的平均性能&3Y;Z36;S;Z[UZ38];’,因此這些系統(tǒng)只求高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程

5、立即搶占MIV的實(shí)時(shí)應(yīng)用是不能滿(mǎn)足要求能適應(yīng)有限的實(shí)時(shí)需求/第二類(lèi)是專(zhuān)用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),如的/^-_UZRQ等,可滿(mǎn)足廣泛的實(shí)時(shí)系統(tǒng)的需求/但存在價(jià)格昂‘/‘進(jìn)程同步與互斥問(wèn)題貴,應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境缺乏等缺點(diǎn)/D48E-采用了信號(hào)燈的方法來(lái)保證進(jìn)程的互斥與同步,D48E-操作系統(tǒng)是基于IM機(jī)的免費(fèi)的類(lèi)VWLX開(kāi)放式由于頻繁的信號(hào)加鎖及解鎖操作會(huì)影響系統(tǒng)的整體性能,因操作系統(tǒng),并采用了源代碼開(kāi)放的發(fā)布策略/由于全世界各地此D48E-采用了粗粒度的策略c%d,信號(hào)的加鎖及解鎖會(huì)有較的D48E-用戶(hù)和開(kāi)發(fā)者的不斷努力,D48E-已成長(zhǎng)為高穩(wěn)

6、定長(zhǎng)間隔/因此系統(tǒng)的最壞情況下的性能較差,往往無(wú)法滿(mǎn)足許性的,性能優(yōu)異的操作系統(tǒng),基于D48E-開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)放的0標(biāo)多硬實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求/準(zhǔn)的0高效廉價(jià)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是完全可行的/cfd‘/e內(nèi)存上鎖問(wèn)題本文首先分析了標(biāo)準(zhǔn)D48E-作為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)所面臨的D48E-采用了虛擬內(nèi)存管理技術(shù),進(jìn)程運(yùn)行所需的內(nèi)存問(wèn)題,然后深入剖析了現(xiàn)有的實(shí)時(shí)D48E-系統(tǒng)的特性和實(shí)現(xiàn)常常會(huì)被換入g換出磁盤(pán),會(huì)非常耗時(shí)/實(shí)時(shí)應(yīng)用有時(shí)需要把機(jī)理,最后對(duì)以后的工作提出了展望/關(guān)鍵進(jìn)程鎖在內(nèi)存中,不被換出,而標(biāo)準(zhǔn)的D48E-無(wú)法滿(mǎn)足這種要求/‘標(biāo)準(zhǔn)=>?@A作為

7、實(shí)時(shí)應(yīng)用所存在的問(wèn)題‘/h時(shí)間精度及定時(shí)器問(wèn)題實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特性主要有三點(diǎn)!高可靠性0及時(shí)性和時(shí)限的操作系統(tǒng)必須對(duì)時(shí)間精度和時(shí)鐘中斷處理的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)進(jìn)保證性&T;3T548;6E3Z38<;;’/時(shí)限的保證性要求實(shí)時(shí)系統(tǒng)對(duì)行折衷考慮/時(shí)間精度越高,意味著時(shí)鐘中斷越頻繁,而花在外部事件的響應(yīng)時(shí)間或?qū)崟r(shí)任務(wù)的運(yùn)行周期滿(mǎn)足時(shí)限要求/中斷處理上的時(shí)間越多/D48E-通過(guò)對(duì)硬件時(shí)鐘的編程產(chǎn)生收稿日期!%###$#*$%+收修改稿日期!%###$#($"*基金項(xiàng)目!西安交通大學(xué)?？蒲谢鹳Y助,編號(hào)%###$-..#+作者簡(jiǎn)介!邢國(guó)良,碩士研究生/

8、研究方向?yàn)閷?shí)時(shí)操作系統(tǒng)0嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)/1$2345!67-4869%:+/8;<韋宏利,工程師/研究方向?yàn)榧⑹娇刂葡到y(tǒng)0容錯(cuò)控制計(jì)算機(jī)0嵌入式系萬(wàn)方數(shù)據(jù)統(tǒng)等/伍衛(wèi)國(guó),博士研究生/研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用0計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等/陳劍,碩士研究生,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全