知识大全把Linux改造为实时操作系统（1）

Posted 2022-07-16 实时

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　　作者李宇　　　　过去很多嵌入式系统不是一个操作系统或者是提供商的专有核心或者是DOS操作系统的扩展显然这些方法并不能适应今天嵌入式系统开发的要求！现有的一些商业实时操作系统尽管提供了很小的核心和多任务开发环境但性能并不理想也不符合现在实时嵌入式市场的需求　　　　因此人们把目光投向了通用操作系统（例如Windows Solaris Linux）希望把它们改造为实时操作系统通常这些操作系统功能强大结构复杂易于软件的二次开发实用性强并且提供编程人员熟悉的标准API 此外这些操作系统也提供了一些对实时软件开发的支持然而这些操作系统用于嵌入式系统的开发还存在不足嵌入式系统要求具备高可靠性满足应用需求的可剪裁性以及比通用操作系统要求更高的实时性　　　　做为嵌入式系统开发的解决方案 Linux在众多通用操作系统中具有独一无二的优势　　　　首先 Windows和Solaris等专有商业操作系统的剪裁受到商家的严格控制这大大限制了开发者的剪裁深度而Linux遵循GPL协议开放所有系统源代码非常易于剪裁　　　　其次同其它开放源码的通用操作系统（如FreeBSD）相比 Linux在多种处理器开发板支持和软件开发工具支持上有很强的优势　　　　Linux最初也是作为通用操作系统而设计开发的但提供了一些实时处理的支持这包括支持大部分POSIX标准中的实时功能支持多任务多线程具有丰富的通信机制等　　　　Linux还提供符合了POSIX标准的调度策略包括FIFO调度策略时间片轮转调度策略和静态优先级抢占式调度策略其默认的调度策略是第三种 Linux还提供了内存锁定功能以避免在实时处理中存储页被换出也提供了符合POSIX 标准的实时信号机制　　　　一个致命问题是 Linux在用户态支持可抢占调度策略而在核心态却不支持抢占式调度策略这样运行在Linux核心态的任务（或系统调用）是不能被其它优先级更高的任务所抢占的这样就会引起优先级逆转问题另外 Linux操作系统的中断处理句柄是不可调度的不能依优先级高低调度而在实时系统中却希望中断处理句柄同实时任务一样可以有优先级来被系统的调度程序所调度　　　　此外我们还关心和任务响应时间相关的时钟精度以及由于资源共享而带来的优先级逆转问题 Linux中硬件时钟中断的默认时间间隔是 ms 所有的软件时钟都是靠硬件来触发的而简单同步机制(互斥)不支持优先级继承又很可能导致优先级逆转　　　　　　独立核方法　　　　　　Linux作为实时系统的独立核方法是指设计一种完全独立的实时核心但其API 与Linux核心相兼容这种方法的理论基础是一款优秀的实时操作系统必须在其设计之初就充分考虑到系统实时性的要求并能够提供符合标准的API 这种实现方法对很多与POSIX 兼容的专有实时系统提供商很有吸引力　　　　这种方法的局限性是由于设计了一个完全独立的实时核心而没有使用原有Linux核心导致Linux系统的一些优势难以继承尤其是与Linux核心相关的一些优势无法获得比如Linux核心对大量硬件的广泛支持 Linux核心超群的可靠性稳定性等另外由于这种方法并没有通过修改Linux核心代码来开发实时核心而是在Linux系统之上重新设计了一个实时核心这样的开发并不要求源代码开放因此 Linux一些基于开放源代码的优势也势必受损最后一点任何基于Linux核心的开发成果也无法方便地应用到实时核心中　　　　当然这种实现方法也从Linux系统中得到了很多好处由于Linux系统的支撑实时核心就并不需要真的去实现而且熟悉Linux系统的开发人员也可以很快地熟悉这种方法开发出的实时系统人们也会自然地想到用Linux系统做嵌入式系统的开发平台此外如果这种实时系统的API是Linux系统API子集的话我们还可以只在Linux主机上仿真进行应用程序的开发和调试免去了远程调试之苦！ cha138/Article/program/Oracle/201311/17377

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