嵌入式實(shí)時(shí)操作系統應用分析

當前主流的 EOS 一般可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是商業(yè)級的嵌入式操作系統，這類(lèi)操作系統都由知名公司開(kāi)發(fā)與維護，在技術(shù)支持與服務(wù)上都有較好的保證，如 VxWorks 、 QNX 、 WinCE 等，但這類(lèi)產(chǎn)品一般使用許可證比較昂貴，且不公開(kāi)核心代碼，這就與嵌入式設備的用戶(hù)定制性較強、升級換代快等特點(diǎn)相違背。另一類(lèi)則是逐漸興起的源碼開(kāi)放的嵌入式操作系統，如嵌入式 Linux 、 eCos 等，由于這類(lèi)系統具有用戶(hù)可定制性好、費用低廉等優(yōu)勢，從目前看來(lái)，它們已成了嵌入式操作系統應用的主要推動(dòng)力。

嵌入式Linux 操作系統

嵌入式 Linux 系統是標準 Linux 在嵌入式領(lǐng)域的延伸，其特點(diǎn)和功能與標準 Linux 幾乎完全相同。 Linux 系統的穩定性和健壯性已經(jīng)在真實(shí)世界中得到了證明，在工業(yè)控制領(lǐng)域也有許多非常成功的應用。但是，在針對一些有較強實(shí)時(shí)性要求的特定工業(yè)應用中， Linux 系統仍然暴露 出 了許多技術(shù)缺陷。其主要原因是因為 Linux 系統起初是為 PC 開(kāi)發(fā)的，在功能和性能選擇上更多的兼顧了 PC 應用的特點(diǎn)，追求系統的功能完備性和整體性能最優(yōu)。這一點(diǎn)在 Linux 系統的調度策略上表現的尤為明顯，如任務(wù)之間采用的是基于分時(shí)技術(shù) ( time-sharing ) 的調度策略，而且不支持內核態(tài)搶占式調度，這樣系統就無(wú)法保證緊急任務(wù)總是會(huì )被優(yōu)先執行，且調度延遲不確定，是隨機可變的。

因此，有相當多機構和公司都在研究如何提高 Linux 實(shí)時(shí)性能，并取得了一些富有成效的成果。同時(shí)，開(kāi)源社區也做著(zhù)同樣的事情，那就是 Linux 2.6 版本的開(kāi)發(fā)。開(kāi)源社區采用的實(shí)時(shí)化思想是直接對 Linux 內核的調度機制和算法進(jìn)行修改和優(yōu)化。 Linux 2.6 內核開(kāi)發(fā)大約是從 2001 年開(kāi)始，經(jīng)過(guò)三年左右的開(kāi)發(fā)，在 2004 年發(fā)布了穩定版本，經(jīng)過(guò)了這幾年的測試與改進(jìn)，已經(jīng)在桌面 PC 和服務(wù)器領(lǐng)域內得到了大量使用，在嵌入式系統上的應用也在不斷發(fā)展中。 Linux 2.6 版本中與實(shí)時(shí)性相關(guān)的改進(jìn)主要體現在以下幾個(gè)方面。

⑴ 調度計算的分散性。 2.6 版本中采用了由 Ingo Molnar 實(shí)現的調度算法，該算法將進(jìn)程優(yōu)先級的計算分散在多處進(jìn)行，而不是集中在一個(gè)統一的調度函數中，這樣不僅提高了計算效率，還減小了 CPU 因集中調度計算所消耗的時(shí)間，并且使調度器的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)是與系統負載無(wú)關(guān)，是 O(1) 恒定的。

⑵ 搶占式內核的支持。 2.6 版本中提供了對搶占式內核的支持，而 2.4 內核是不支持內核搶占的。支持搶占式調度是實(shí)時(shí)操作系統的標志之一，這也是早期 Linux 系統應用于實(shí)時(shí)應用時(shí)最為詬病的地方。

⑶ 系統同步機制的改進(jìn)。 2.6 內核中則對系統中同步機制的使用進(jìn)行了優(yōu)化，大大減小了因同步機制引起的時(shí)間消耗。

⑷ 更細的時(shí)間粒度。在 2.6 內核中，定時(shí)器的頻率被定義為 1000Hz ，而 2.4 內核中為 100Hz 。