基于Xenomai和工控機(jī)的實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)的研究.pdf

1、為了保證電力系統(tǒng)調(diào)度人員更好的把握安全控制、事故處理的主動(dòng)性，減少和避免誤操作、誤判斷，提高電網(wǎng)的運(yùn)行管理水平，電力系統(tǒng)安全監(jiān)控裝置必須是零時(shí)限驅(qū)動(dòng)的。同時(shí)，電力監(jiān)控系統(tǒng)任務(wù)的復(fù)雜性使得簡(jiǎn)易的流程控制難以滿足要求。因此，必須引入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
　　傳統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)昂貴的價(jià)格和應(yīng)用程序句法語(yǔ)義的兼容性問(wèn)題大大限制了自身應(yīng)用的范圍。一個(gè)解決方法是利用和改造免費(fèi)的通用操作系統(tǒng)以提供實(shí)時(shí)環(huán)境。Linux操作系統(tǒng)的開(kāi)放源代碼、支持豐富的庫(kù)函

2、數(shù)和強(qiáng)大開(kāi)發(fā)工具等優(yōu)勢(shì)給了人們深入研究系統(tǒng)內(nèi)核機(jī)制的可能。目前，所有的Linux實(shí)時(shí)改進(jìn)都是針對(duì)內(nèi)核的改進(jìn)。改進(jìn)的目標(biāo)是將任務(wù)響應(yīng)時(shí)間減少到微秒范圍以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部事件的更快響應(yīng)。改進(jìn)的主要技術(shù)路線，一是提供可搶占的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核以優(yōu)化Linux本身的實(shí)時(shí)性能，包括隱式搶占點(diǎn)、顯示搶占點(diǎn)和完全搶占設(shè)計(jì)等。然而，這類方法通常只能達(dá)到軟實(shí)時(shí)。二是提供內(nèi)核的實(shí)時(shí)補(bǔ)丁以達(dá)到硬實(shí)時(shí)，包括微內(nèi)核、資源內(nèi)核擴(kuò)展、POSIX實(shí)時(shí)擴(kuò)展和納內(nèi)核等方法。本論文所研究的

3、操作系統(tǒng)自適應(yīng)域環(huán)境Adeos為硬件和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核之間提供了一個(gè)“硬件-內(nèi)核”的納內(nèi)核接口，可以使多個(gè)操作系統(tǒng)并行運(yùn)行于納內(nèi)核之上。同時(shí)，Adeos采用虛擬中斷技術(shù)有效的減少了中斷分派時(shí)間和中斷服務(wù)時(shí)間，從而減少了任務(wù)響應(yīng)時(shí)間。
　　本論文深入研究了基于Linux環(huán)境的實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)框架Xenomai及其底層運(yùn)行機(jī)制Adeos的基本原理。分析了帶有中斷屏蔽功能的Adeos中斷管道機(jī)制并討論了用戶空間混合執(zhí)行模式下中斷屏蔽功能所存在的“優(yōu)先級(jí)

4、倒置”問(wèn)題?；赬enomai實(shí)時(shí)內(nèi)核構(gòu)建了Xenomai/Linux雙內(nèi)核實(shí)時(shí)系統(tǒng)。采用實(shí)時(shí)進(jìn)程和非實(shí)時(shí)進(jìn)程分級(jí)調(diào)度的策略優(yōu)化進(jìn)程調(diào)度。實(shí)時(shí)任務(wù)通過(guò)建立在 Xenomai實(shí)時(shí)內(nèi)核之上的可插式RTAI應(yīng)用程序編程接口實(shí)現(xiàn)，并以內(nèi)核態(tài)下可直接加載的內(nèi)核模塊方式運(yùn)行?；赟vgalib庫(kù)實(shí)現(xiàn)了方便的人機(jī)交互顯示界面。通過(guò)實(shí)時(shí)命名管道機(jī)制實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)任務(wù)與非實(shí)時(shí)任務(wù)的通信。最后，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室已開(kāi)發(fā)出的基于DOS的IPC測(cè)控系統(tǒng)的硬件資源實(shí)現(xiàn)了一套