LINUX的實時化及其在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、實時操作系統(tǒng)在實時測控系統(tǒng)中的重要性不言而喻。目前國內(nèi)市場上常用的商業(yè)實時操作系統(tǒng)大多是國外的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品通常價格高昂，我國迫切需要開發(fā)自己的實時操作系統(tǒng)。免費、開放源代碼的操作系統(tǒng)Linux的出現(xiàn)，為我們改變這種被動的局面帶來了契機。國外已經(jīng)開發(fā)出一些實時Linux并在實際應(yīng)用中取得了成功，在國內(nèi)這方面的研究還處于起步階段，將實時Linux應(yīng)用于工業(yè)PC實時測控系統(tǒng)中的成功示例并不多見。在這種背景下，本文論述了作者對于Linux實時

2、化的研究和實踐工作，工作重點在于增強Linux的實時性以及實時測控系統(tǒng)的開發(fā)。 本文首先對Linux的內(nèi)核時鐘和調(diào)度機制進行了剖析，著重分析了Linux對于實時和非實時進程調(diào)度的算法和策略，進而總結(jié)了影響Linux實時性能的主要原因。然后介紹了Linux實時化的主要技術(shù)。對Linux的實時化改造通常通過底層編程實現(xiàn)，底層編程又分為對Linux的外部擴展和對內(nèi)核的內(nèi)部改造。分析比較了當(dāng)今主流實時Linux操作系統(tǒng)的實現(xiàn)思想。著重研

3、究了最適合應(yīng)用在工業(yè)測控領(lǐng)域中的硬實時Linux系統(tǒng)的典型代表RTLinux的實現(xiàn)原理。RTLinux采用將系統(tǒng)定時器8254設(shè)置成單次觸發(fā)（one-shot）的模式來提高系統(tǒng)時鐘精度，同時又避免了頻繁中斷CPU帶來的開銷。本文對這種單次觸發(fā)模式下8254初值置入算法進行了研究。在此基礎(chǔ)之上開發(fā)了一套基于RTLinux的實時測控系統(tǒng)。 在以上研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的工業(yè)PC系統(tǒng)，提出了一種新的Linux實時化方案。該方案對內(nèi)核中

4、影響系統(tǒng)實時性的部分進行了裁減，使系統(tǒng)運行更加快速、穩(wěn)定；引入UTIME軟件包，并對其進行了改進，將定時器8254設(shè)置為one-shot模式，既提高了系統(tǒng)時鐘精度，又減輕了CPU額外負擔(dān)；采用間隔定時器產(chǎn)生周期性軟中斷信號；將系統(tǒng)中進程的優(yōu)先級設(shè)置為最高來解決進程搶占問題，減少了非實時任務(wù)對實時任務(wù)的影響；針對具體系統(tǒng)中任務(wù)構(gòu)成，設(shè)計了簡化的多任務(wù)調(diào)度器，該調(diào)度器簡潔、執(zhí)行效率高。最后將該方案運用在一套工業(yè)測控系統(tǒng)中，通過實際運行證明，