基于RTAI的嵌入式Linux硬實(shí)時(shí)性能的研究與實(shí)現

從實(shí)驗結果可以看出，uClinux操作系統難以完成周期小于20ms以下的周期性任務(wù)，因此對于周期性的A/D采樣以及高實(shí)時(shí)控制很難實(shí)現，經(jīng)過(guò)改造后的RTAI/uClinux雙內核結構時(shí)間分辨率低于100us，完全可以滿(mǎn)足電能質(zhì)量控制器在A(yíng)/D采樣等方面的實(shí)時(shí)性周期任務(wù)。

3.3 中斷響應速度測試

中斷的響應速度是實(shí)時(shí)控制系統的重要指標，例如在A(yíng)/D采樣和計算完成后，系統需要控制進(jìn)程盡快地被調度執行，以執行正確的控制策略。對于一個(gè)支持硬實(shí)時(shí)任務(wù)的系統來(lái)說(shuō)，除了測試系統的平均響應速度外，還需要測試系統在最差情況下的響應速度以及處理器的負荷狀況對系統響應速度的影響。

設計實(shí)驗如下：利用一個(gè)外部的DSP幫助測量系統的中斷響應速度。DSP2407在啟動(dòng)內部定時(shí)器后，將MCF5249 的一個(gè)I/O引腳狀態(tài)改變，MCF5249內部的高優(yōu)先級進(jìn)程在引腳狀態(tài)改變并且被重新調度后，立即將DSP2407的指定I/O引腳置高，DSP2407在其指定的I/O引腳被置高后停止定時(shí)器。利用DSP2407的定時(shí)器可以精確的計算出從MCF5249引腳狀態(tài)改變至MCF5249 內部進(jìn)程響應之間的時(shí)間間隔，從而確定MCF5249內部進(jìn)程的響應速度。改變MCF5249處理器的負荷，重復實(shí)驗，在每種情況下重復實(shí)驗過(guò)程1000 次，找出不同情況下系統響應的平均速度以及最慢響應速度。

表2 響應速度實(shí)驗結果分析表

Table2 Analysis of response speed experiment

從實(shí)驗結果可以看出，在處理器負荷較輕時(shí)uClinux系統有著(zhù)良好的響應性能，但是在最差情況下，系統響應速度較慢，響應時(shí)間達到了12ms，隨著(zhù)處理器負荷的進(jìn)一步加重，uClinux系統的響應速度急劇下降，對于控制系統，尤其是硬實(shí)時(shí)系統來(lái)說(shuō)，這是不可接受的，因為中斷響應速度直接影響到控制系統的反應速度。而RTAI－uClinux雙內核系統在處理器負荷變化時(shí)，系統的響應速度變化不明顯，而且中斷響應速度始終穩定在微妙級，適合作為硬實(shí)時(shí)系統的控制系統。

4 結論

RTAI可以顯著(zhù)改進(jìn)嵌入式Linux系統的實(shí)時(shí)性能，已經(jīng)用于電能監控系統，通過(guò)對比試驗可以看出RTAI－uClinux雙內核的系統具有良好的硬實(shí)時(shí)性能，使得嵌入式Linux系統在高實(shí)時(shí)性領(lǐng)域中可以得到實(shí)際的應用。

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