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《基于Linux的嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于Linux的嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究 1．引言 從上世紀(jì)八十年代開始，開始出現(xiàn)各種各樣的商用嵌入式操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)大部分都是為專用或通用系統(tǒng)而開發(fā)，如VxWorks、WindowsCE、pSOS、PalmOS、OS-9、LynxOS、QNX、LYNX基于Linux的嵌入式實時操作系統(tǒng)的研究 1．引言 從上世紀(jì)八十年代開始，開始出現(xiàn)各種各樣的商用嵌入式操作系統(tǒng)，這些操作系統(tǒng)大部分都是為專用或通用系統(tǒng)而開發(fā)，如VxWorks、WindowsCE、pSOS、PalmOS、OS-9、LynxOS、QNX、L
2、YNX等，它們的優(yōu)點是為用戶提供良好的開發(fā)環(huán)境，提高了應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率，運行效率高、實時性好，缺點是價格昂貴且源代碼封閉。這就不僅影響了開發(fā)者的積極性，而且使得整個產(chǎn)品的成本急劇上升。［1］ 結(jié)合國內(nèi)實情，嵌入式系統(tǒng)需要的是一套高度簡練、界面友好、質(zhì)量可靠、應(yīng)用廣泛、易開發(fā)、多任務(wù)、價格低廉的實時操作系統(tǒng)。 在嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)中，有必要尋找一種廉價的嵌入式實時操作系統(tǒng)，以降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度。由于Linux的具備的諸多優(yōu)點，對Linux進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑旌笞鳛榱畠r的嵌入式實時操作系統(tǒng)是一個值得探討的、具有
3、實際意義的問題?！ ?．Linux的特點 Linux是個與生俱來的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，成熟而且穩(wěn)定。Linux是源代碼開放軟件，不存在黑箱技術(shù)，任何人都可以修改它，或者用它開發(fā)自己的產(chǎn)品。Linux系統(tǒng)是可以定制的，系統(tǒng)內(nèi)核目前已經(jīng)可以做得很小。一個帶有中文系統(tǒng)及圖形化界面的核心程序也可以做到不足1MB，而且同樣穩(wěn)定。Linux作為一種可裁減的軟件平臺系統(tǒng)，是發(fā)展嵌入式產(chǎn)品的絕佳資源，遍布全球的眾多Linux愛好者又能給予Linux開發(fā)者強大的技術(shù)支持。因此，Linux作為廉價的嵌入式實時操作系統(tǒng)的選擇，是非常有發(fā)展前途
4、的。［2］［3］ （1）與硬件芯片的緊密結(jié)合 嵌入式Linux的一大特點是：與硬件芯片（如SOC等）的緊密結(jié)合。它不是一個純軟件的Linux系統(tǒng)，而比一般操作系統(tǒng)更加接近于硬件。嵌入式Linux的進(jìn)一步發(fā)展，逐步地具備了嵌入式RTOS的一切特征：實時性及與嵌入式處理器的緊密結(jié)合。 （2）開放的源代碼 嵌入式Linux的另一大特點是：代碼的開放性。代碼的開放性是與后PC時代的智能設(shè)備的多樣性相適應(yīng)的。代碼的開放性主要體現(xiàn)在源代碼可獲得上，Linux代碼開發(fā)就像是“集市式”開發(fā)，任意選擇并按自己的意愿整合出新的產(chǎn)
5、品?！ τ谇度胧絃inux，事實上是把BIOS層的功能實現(xiàn)在Linux的driver層。目前，在Linux領(lǐng)域，已經(jīng)出現(xiàn)了專門為Linux操作系統(tǒng)定制的自由軟件的BIOS代碼，并在多款主板上實現(xiàn)此類的BIOS層功能?！ ?．RT-Linux的實現(xiàn)機理 RT-Linux對Linux內(nèi)核進(jìn)行改造，將Linux內(nèi)核工作環(huán)境做了一些變化，如圖1所示： 從上圖可以看出，在Linux內(nèi)核和硬件中斷的地方，加上了一個RT-Linux內(nèi)核的控制。Linux的控制信號都要先交給RT-Linux內(nèi)核先進(jìn)行處理。在RT-Linu
6、x內(nèi)核中實現(xiàn)了一個虛擬中斷機制，Linux本身永遠(yuǎn)不能屏蔽中斷，它發(fā)出的中斷屏蔽信號和打開中斷信號都修改成向RT-Linux發(fā)送一個信號。如在Linux里面使用“sTI”和“cli”宏指令來屏蔽和使能中斷，是通過向x86處理器發(fā)送一個指令，而RT-Linux修改了這些宏指令，使得只是讓RT-Linux里面的某些標(biāo)記做了修改而已。對所有的中斷，分成Linux中斷和實時中斷兩類，如果RT-Linux內(nèi)核收到的中斷信號是普通Linux中斷，那就設(shè)置一個標(biāo)志位；如果是實時中斷，就繼續(xù)向硬件發(fā)出中斷。在RTLinux中執(zhí)行sT
7、I將中斷打開之后，那些設(shè)置了標(biāo)志位表示的Linux中斷就繼續(xù)執(zhí)行。因此，cli并不能禁止RTLinux內(nèi)核的運行，卻可以用來中斷Linux。Linux不能中斷自己，而RT-Linux可以?！ T-Linux的設(shè)計原則：在實時內(nèi)核模塊中的工作盡量少，如果能在Linux中完成而不影響實時性能的話，就盡量在Linux中完成。因此，RTLinux內(nèi)核盡量做的簡單，在RT-Linux內(nèi)核中，不應(yīng)該等待資源，也不需要使用共享旋轉(zhuǎn)鎖（SpinLock），實時任務(wù)和Linux進(jìn)程間的通信也是非阻塞的，從來不用等待進(jìn)隊列和出隊列的數(shù)
8、據(jù)?！ T-Linux將系統(tǒng)和設(shè)備的初始化交給了Linux完成，對動態(tài)資源的申請和分配也交給了Linux。RT-Linux使用靜態(tài)分配的內(nèi)存來完成硬實時任務(wù)，因為在沒有內(nèi)存資源的時候，被阻塞的線程不可能具有硬實時能力。 4．改變Linux內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu) Linux的內(nèi)核體系采用的是Monolithic，在這種體系結(jié)構(gòu)中，內(nèi)核的所有部分都集
