嵌入式Linux实时内核RTAI移植与测试

摘要

作为最主要的开放源代码软件之一，Linux正迅速进入实时控制领域。充分发挥了其性能稳定、兼容UNIX、支持多种处理器；网络功能强、安全性高、内核可以裁剪等一系列优点。然而随着对实时性要求的越来越高，Linux内核机制的一些不足日益突显：不可抢占的内核、粗糙的时钟粒度、频繁的关中断等，使得Linux的实时性不强。 通过使用基于Linux核心的实时内核RTAI，完成了RTAI在特定硬件平台(S3C2410处理器)上的移植，实现了一个具有较好实时性能的Linux系统。移植主要是针对如下几个部分进行的：首先是中断控制模块移植。RTAI在中断处理机制方面采用中断虚拟器来接管所有中断，使Linux内核不能关硬件中断，从而实现了中断的实时响应。结合S3C2410的中断控制逻辑实现了RTAI中断控制模块的移植；其次是细粒度时钟的实现。RTAI增加了单次触发模式时钟，使得时钟中断在需要的时候发生，细化了系统时钟粒度。通过利用S3C2410处理器的多个硬件定时器分别实现了单次触发模式及周期触发模式的时钟，完成了时钟部分的移植。最后是实时内存管理方案的移植。RTAI对实时内存的管理使用了共享内存及动态内存管理，同时利用了硬件平台上内存管理单元及缓存机制来优化实时内存的管理。通过利用S3C2410的内存控制方式，实现了实时内核的内存管理功能。 在完成RTAI的移植后，对标准Linux及改进后的Linux系统在中断延迟进行了对比测试。测试结果表明，改进后的Linux实时性能得到了很大的提高。