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发信人: vmlinuz (生活将因为你而美丽), 信区: Embedded_system
标  题: 实时 Linux 操作系统
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年06月01日08:36:32 星期五), 转信

实时 Linux 操作系统
· 袁臻 ·
     RT Linux是能够提供实时功能的Linux 操作系统，它是新墨西
哥技术学院的Victor Yodaiken 和Michael Brabanov 共同开发的。
目前，RT Linux 已用于视频编辑、PBX、机器人控制器以及机器工
具等领域，它甚至还被用于控制心脏的跳动。
    与标准Linux 类似，RT Linux 提供了运行特殊实时任务和终
端句柄的能力。无论RT Linux 正在做什么，只要有任务和句柄
需要执行，它都会立即执行这些任务。在X86 机器上，RT Linux
执行终端句柄的延迟不超过15毫秒，当调度一个经常性任务
时，该任务将在35毫秒内被执行。与此相对照，标准 Linux 在终
端句柄执行前需要600 微秒，而执行经常性任务的延迟则长达
2万微秒。此外，RT Linux 的优势还在于它扩展了标准的Unix 编
程环境，使它可以处理实时任务。
RT Linux 的设计与实现
    1 ． RTLinux的设计目标
    实时操作系统具有小型、快速、可预测性等特点，而可预
测性和低延时是实时操作系统的主要特点。
    RTLinux 的设计目标是以Linux 内核为基础，在同一个操作
系统中既提供严格意义上的实时服务，又提供所有的标准POSIX
服务。因此，RTLinux就必须把以下两组不相容的特征结合起来：
    - 快速、可预测、低延迟和简单调度；
    - 所有标准的POSIX 的服务，包括GUI、TCP/IP、NFS、编译器
和Web服务器。
    为达到上述设计目标，RTLinux采用了虚拟机技术。Linux不
直接与中断控制硬件进行系，而是通过各仿真层进行中
断控制，该仿真层不但使Linux不能禁止中断，同时还能对Linux
内核的同步需求提供支持。
    在RT Linux 中, 一旦中断到来，就先由该仿真层处理，在仿
真层完成了所有需要进行的实时处理之后，再提交给Linux 进
行下一步处理。如果Linux 已经执行了禁止中断的操作，则仿
真层只是将该中断标记为处于挂起状态；当Linux 执行了允许
中断的操作后，仿真层就会将控制切换到处于挂起状态且具
有最高优先级中断的中断处理程序。
    RT Linux中采用的虚拟机技术不同于以往的虚拟机技术。
在RT Linux中，虚拟机只负责仿真中断控制， RTLinux在其他
方面仍然可以直接控制硬件，从而既保证了较好的运行效率，
又使对Linux 内核的修改量最小。

    2 ． RT Linux 的具体实现
    RT Linux的结构如图所示。RT Linux的设计者们在操作系统
的底层实现了一个简单的实时核心，而Linux本身将作为一个
具有最低优先级的任务在核心中运行，它在任意时刻都可以
被高优先级任务抢先。
    从严格意义上讲，RT Linux只是Linux的某种变种，它提供
实时应用程序所需的控制功能，这使得RT  Linux成为Linux 的
一个新版本。RTLinux几乎完全依赖Linux来提供所需的服务，
而它自身只提供任务创建、中断服务例程的安装、任务间通
讯的排队、ISR及Linux 进程。
    RT Linux有两个域：一个是实时域，一个是非实时域。实时
域中的函数可以满足自身的实时要求，但是这些函数必须简
单，因为可供它们使用的资源是有限的。另一方面，非实时
功能模块有许多可用的资源，但是不能有任何实时要求。 RT
Linux提供了两个域之间进行通讯的工具。设计者将RT Linux
设计为可抢先执行，它将中断分为两组：由RT Linux控制的
可抢先中断和由Linux 控制的不可抢先中断。Linux中断不能中断
核心的运行，RT Linux中断则可以根据需要中断核心的运行。
    3 ． FIFO通讯机制
    在RT Linux中，实时任务域中的进程之间通过FIFO进行通讯：
Rtf_create(): 创建一个FIFO；
Rtf_put(): 使数据在FIFO中排队，当FIFO满时，返回出错信息；
Rtf_get(): 从队列中取数据，当FIFO空时返回出错信息。
    这种FIFO机制使数据获取变得非常方便，一个实时任务可
以通过rt_task_init()进行创建，并利用 rt_task_make_periodic()在固
定的时间间隔后从I/O总线获取数据。随后，该任务用rtf_put()
将数据传向Linux进程，Linux进程处于一个循环之中，它从FIFO
读数据并且将数据写入磁盘、发向网络或在X Windows上显示。
FIFO充当一个缓冲，这样Linux进程可以在没有实时限制的情况
下运行。
    数据流系统体现了RT Linux设计者的初衷，FIFO则提供了使
用信号的好方法。一个字节信号可以通过创建一个大小为一
字节的FIFO来实现。“give”操作仅仅是一个大小为一字节的
rtf_put()调用；而一个计数信号仅需创建一个足够大的FIFO，它
计算“give”操作的次数。因此FIFO操作提供了实时应用程序任
务同步所需的所有功能。然而，RT Linux的当前执行版本尚缺
乏一些用户习惯的功能，如优先级继承和任务删除安全等。
未来发展
    目前，RT Linux还存在许多不完善的地方，将来，它还需要
在以下几方面进行适当的改进：
    - 现在RT Linux的调度策略是ROUND ROBIN(时间片轮转算法)
和可抢先调度，将来还需要采用不同的调度算法，如动态实时调
度算法等；
    - 进一步优化代码；
    - 提供静态分析工具及检测支持；
    - 当前RT Linux是在Linux 1.3.32版上完成的，将来会以Linux
2.0版基础；
    - 下一版本的RT Linux将会摒弃为实时任务分配单独地址空间
的做法，实时任务将被纳入Linux的核心地址空间；
    - 下一版本的RT Linux将支持动态加载实时任务及动态替换实
时调度器。

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※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: mtlab4.hit.edu.cn]

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