采用 Linux 與 DSP/BIOS RTOS 實(shí)施雙 OS 信號處理技術(shù)

　　GPOS 傾向于提供較高程度的資源抽象，這不僅可通過(guò)支持軟件模塊性與資源隔離來(lái)提高應用的便攜性、簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程，同時(shí)還能增強系統的穩健性。這使 GPOS 成為諸如網(wǎng)絡(luò )、用戶(hù)界面以及顯示管理等通用系統組件的理想選擇。

　　然而，該抽象需要以系統資源的精細粒度控制作為代價(jià)，以滿(mǎn)足信號處理代碼等高強度算法的計算性能要求。對于實(shí)現這種高級別的控制，開(kāi)發(fā)人員通常需要采用實(shí)時(shí)操作系統 （RTOS）。

　　從嵌入式信號處理角度上講，我們通常要考慮兩種類(lèi)型的操作系統，即通用操作系統 Linux 與實(shí)時(shí)操作系統 DSP/BIOS。Linux 可支持更高水平的抽象技術(shù)，而 DSP/BIOS 則可提供更精細的控制。

　　為了充分發(fā)揮這兩種操作系統的優(yōu)勢，開(kāi)發(fā)人員可采用系統虛擬機，這就使編程人員可在同一 DSP 處理器上同時(shí)運行 Linux 與 DSP/BIOS 系統。

　?。ň幷咦ⅲ号c Java 虛擬機等特定編程語(yǔ)言使用的進(jìn)程虛擬機環(huán)境不同，系統虛擬機對應于實(shí)際硬件，可在相同計算環(huán)境中與其它類(lèi)似實(shí)例相隔離的情況下執行完整的操作系統。）

　　然而，我們要提出一個(gè)重要的問(wèn)題：為什么不使用分別運行 Linux 與 DSP/BIOS 系統的 CPU+DSP 組合器件呢？畢竟，CPU 在運行用戶(hù)接口控制代碼等方面具有更高的效率。此外，不同的內核可避免虛擬化帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)。不過(guò)，在同一顆芯片上集成所有功能還是很有吸引力的，原因如下：

　　其一，當今高性能 DSP 比前代 DSP 要強大得多，這樣可減少控制處理周期數。其二，大多數高性能 DSP 的通用性能均比前代產(chǎn)品更強，從而可實(shí)現更高效的控制代碼處理工作。

　　如果所有功能都可集成在 DSP 上，那么其優(yōu)勢將更加出眾。更少的芯片數量可實(shí)現更低的成本與更小的占用空間。此外，由于不再需要在耗費大量電力的處理器間數據傳輸，因此還可降低能耗。

　　進(jìn)度安排

　　操作系統最常見(jiàn)也是最有利的一個(gè)特性就是能同時(shí)執行多個(gè)任務(wù)或多個(gè)線(xiàn)程。操作系統通過(guò)時(shí)間表來(lái)管理內核處理，以連續執行相關(guān)任務(wù)。

　　以往，嵌入式編程人員在使用 Linux 時(shí)會(huì )擔心實(shí)時(shí)性能較低的問(wèn)題。不過(guò)，對 Linux 內核的最新增強顯著(zhù)提高了其對系統事件的響應能力，從而使其可滿(mǎn)足各種企業(yè)與個(gè)人以及嵌入式產(chǎn)品的需求。

　　Linux 可實(shí)現線(xiàn)程的時(shí)間切片以及優(yōu)先次序時(shí)間安排。時(shí)間切片技術(shù)是指在所有線(xiàn)程之間共享處理工作周期，以確保無(wú)封鎖線(xiàn)程。這種方法通常適用于用戶(hù)接口功能，以確保在系統超載、響應較慢的情況下也不至于完全丟失用戶(hù)功能。

　　與此形成對比的是，優(yōu)先次序線(xiàn)程時(shí)間安排技術(shù)則可確保系統中最高優(yōu)先級線(xiàn)程的執行，直至該線(xiàn)程放棄控制為止，這時(shí)下一個(gè)最高優(yōu)先級的線(xiàn)程即開(kāi)始執行。

　　Linux 內核在每次從內核到用戶(hù)模式的轉換時(shí)都會(huì )對可用線(xiàn)程的優(yōu)先級進(jìn)行重新評估，這就意味著(zhù)內核最新評估的任何事件（如驅動(dòng)程序上數據的可用性）都能立即觸發(fā)新線(xiàn)程（調度器的時(shí)延響應時(shí)間內）的轉換。由于確定了基于優(yōu)先級的線(xiàn)程，其通常用于必須滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求的信號處理應用。

　　在推出 Linux 內核 2.6 版本之前，制約實(shí)時(shí)性能的主要因素是 Linux 內核會(huì )禁用中斷，且禁用時(shí)間有時(shí)會(huì )長(cháng)達數百毫秒。

　　就此而言，我們可以提高內核實(shí)施的效率。因為在禁用中斷時(shí)，代碼的某些部分無(wú)需重新進(jìn)入，而這會(huì )增加中斷響應的時(shí)延。

　　目前的 2.6 版本提供了構建選項，可在整個(gè)內核代碼中以更高的頻率插入中斷再啟用指令。Linux 社區通常將該特性稱(chēng)作先占內核 （preempt kernel），盡管這會(huì )讓內核性能略有下降，但卻能夠顯著(zhù)提高實(shí)時(shí)性能。對于眾多系統任務(wù)而言，在先占性 Linux 2.6 內核與實(shí)時(shí)線(xiàn)程結合使用時(shí)，將能提供足夠的性能來(lái)滿(mǎn)足實(shí)時(shí)需求。