嵌入式系统嵌入式系统/ARM技术中的基于嵌入式技术中的基于嵌入式Linux实时化技术实时化技术
摘要:Linux已经被移植到多种嵌入式处理器,并得到广泛应用。主流内核实时性能不断增强,但在工业控制等
特定场合仍无法满足强实时性需求。本文分析了Linux内核时延和实时化主流技术,对实时抢占内核技术进行了
分析和*测。 引言 Linux支持PowerPC、MIPS、ARM、DSP等多种嵌入式处理器,逐渐被用于多种关
键性场合。其中实时多媒体处理、工业控制、汽车电子等特定应用对Linux提出了强实时性需求[1]。Linux提供了
一些实时扩展,但需要进行实时性改造。本文针对嵌入式Linux实时化技术中的一些关键问题进行了讨论,如
Linux内核时延,实时化主流技术方案及其*价等。 Li
摘要:Linux已经被移植到多种嵌入式处理器,并得到广泛应用。主流内核实时性能不断增强,但在工业控制等特定场合
仍无法满足强实时性需求。本文分析了Linux内核时延和实时化主流技术,对实时抢占内核技术进行了分析和*测。
引言
Linux支持PowerPC、MIPS、ARM、DSP等多种嵌入式处理器,逐渐被用于多种关键性场合。其中实时多媒体处理、工
业控制、汽车电子等特定应用对Linux提出了强实时性需求[1]。Linux提供了一些实时扩展,但需要进行实时性改造。本文针对
嵌入式Linux实时化技术中的一些关键问题进行了讨论,如Linux内核时延,实时化主流技术方案及其*价等。
Linux内核时延
主流Linux虽然部分满足POSIX 1003.1b实时扩展标准,但还不完全是一个实时操作系统,主要表现为:
* 任务调度与内核抢占
2.6版本内核添加了许多抢占点,使进程执行在内核代码时也可被抢占。为支持内核代码可抢占,在2.6版内核中通过采用
禁用中断的自旋锁来保护临界区。但此时如果有低优先级进程在临界区中执行,高优先级进程即使不访问低优先级所保护的临
界区,也必须等待低优先级进程退出临界区。
* 中断延迟
在主流Linux内核设计中,中断可以抢占最高优先级的任务,使高优先级任务被阻塞的最长时间不确定。而且,由于内核
为保护临界区需要关闭中断,更加增长了高优先级任务阻塞时间。
* 时钟精度
Linux通过硬件时钟编程来产生毫秒级周期性时钟中断进行内核时间管理,无法满足实时系统较高精度的调度要求。内核
定时器精度同样也受限于时钟中断,无法满足实时系统的高精度定时需求。
* 其他延迟
此外,Linux内核其他子系统也存在多种延迟。比如为了增强内核性能和减少内存消耗,Linux仅在需要时装载程序地址空
间相应的内存页。当被存取内容(如代码)不在RAM中则内存管理单元(MMU)将产生页表错误(Page-Fault)触发页面装
载,造成实时进程响应时间不确定。
Linux实时化技术发展
主流Linux内核1.x、2.2.x和2.4.x版本的Linux内核无抢占支持,直到2.6版本的Linux内核才支持可抢占内核,支持临界区
外的内核抢占和可抢占的大内核锁。在此基础上,Linux采用了下列两类实时化技术。
* 双内核方式
Linux内核实时化双内核方式以RTLinux、RTAI和Xenomai等为典型代表。其中RT-Linux实现了一个微内核实时操作系统
支持底层任务管理、中断服务例程、底层任务通信队列等。普通Linux作为实时操作系统的最低优先级任务,Linux下的任务通
过FIFO命名管道和实时任务进行通信,如图1所示。