基于RTAI的嵌入式Linux硬實(shí)時(shí)性能的研究與實(shí)現
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rtai_sched_module模塊主要實(shí)現一個(gè)實(shí)時(shí)的任務(wù)調度，調度器基于優(yōu)先級且為可搶占式的；rtai_fifos_module是管道先入先出模塊，負責實(shí)時(shí)應用與Linux應用之間的通訊；rtai_shm_module模塊實(shí)現共享內存的通訊方式；rtai_lxrt_module允許在用戶(hù)空間使用RTAI的系統服務(wù)和調度期。
3 嵌入式Linux的實(shí)時(shí)性實(shí)驗測試與分析
3.1 電能質(zhì)量監控實(shí)驗平臺
電能質(zhì)量問(wèn)題在電能的生產(chǎn)以及消費單位越來(lái)越得到關(guān)注，這就要求有更加先進(jìn)的電能質(zhì)量監測、控制裝置與其配套。在線(xiàn)式電能質(zhì)量監測設備更多的投入了使用，這些設備大多采用嵌入式的系統結構，在惡劣的條件下完成現場(chǎng)數據采集、運算、控制以及通訊等一系列的任務(wù)。這些任務(wù)必須滿(mǎn)足嚴格的時(shí)序關(guān)系，并且需要有很高的響應速度，因此對于系統實(shí)時(shí)性提出了很高的要求。一個(gè)典型的基于嵌入式Linux的在線(xiàn)式電能質(zhì)量監控器硬件結構框圖如圖2所示：
圖2 在線(xiàn)式電能質(zhì)量監控系統結構圖
Fig2 Architecture of an online power quality monitoring and control system
實(shí)驗平臺選用Freescale的MCF5249嵌入式微處理器完成了一套如圖2所示的在線(xiàn)式電能質(zhì)量監控系統，微處理器內部工作頻率為120Mhz，性能達125 Dhrystone 2.1 MIPS,外配4M FLASH和8M SDRAM存儲器。軟件方面，成功移植RTAI－uClinux雙內核系統至此硬件平臺，并且針對實(shí)際應用對系統的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了測試和分析。
3.2 時(shí)間分辨率測試
電能質(zhì)量監控系統需要周期性的對A/D轉換芯片進(jìn)行采樣，并且某些實(shí)時(shí)性較強的控制算法要求核心任務(wù)被重新調度的周期很短，因此系統對周期性實(shí)時(shí)任務(wù)的支持非常重要。
進(jìn)行實(shí)驗如下：分別在uClinux和RTAI－uClinux下利用定時(shí)函數設計周期性的高優(yōu)先級任務(wù)，每一周期切換一次I/O口的電平，找出各自可分辨的穩定的最小任務(wù)周期。
在處理器中等負荷條件下，實(shí)驗結果如表1所示：
操作系統 | 方波最小周期 | 任務(wù)的最小周期約 |
uClinux | 40.002 ms | 20 ms |
RTAI/uClinux雙內核 | 110.19 us | 55 us |
表1 時(shí)間分辨率實(shí)驗結果分析表
Table1 Analysis of the time resolution experiment
例如，在RTAI－uClinux系統中在不同的定時(shí)周期下的實(shí)驗波形圖如圖3圖4所示。當定時(shí)周期較大時(shí)系統穩定運行，而過(guò)小的定時(shí)周期（50us）會(huì )使系統運行變得不穩定。
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