基于APIC時鐘的嵌入式Linux內(nèi)核實時化研究
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上面調(diào)用invoke_softirq()函數(shù)執(zhí)行軟中斷使本文修改的重點，修改中斷向量表，對向量表中所有軟中斷和實時中斷進行排序，提前硬中斷的時間片，這樣使當前處于pending狀態(tài)的軟中斷被屏蔽和懸掛，直到硬中斷處理完成為止。將invoke_softirq()函數(shù)修改為：
每個處理器時間片上能夠處理的中斷只有一個，通過更新當前任務(wù)時間片，使硬中斷在第一時間獲得CPU的響應(yīng)，此時軟中斷將被屏蔽，這就保證了硬中斷能夠得到實時的響應(yīng)。
由于Linux采用8254完成時序分配，8254需要保留以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這樣的話，8254定時器和APIC必須共存，對于硬實時應(yīng)用，可采用APIC時鐘進行計時。在8254中斷過程中，如果產(chǎn)生APIC中斷，采用通過本文的方琺必須對優(yōu)先對APIC時鐘進行響應(yīng)，會出現(xiàn)8254中斷被搶占，此時上下文切換等操作可能導致不可預(yù)料的錯誤。解決問題的方法可采取在APIC相應(yīng)中斷期間，關(guān)閉軟中斷，只有當APIC中斷執(zhí)行完畢后，8254軟中斷才能夠被響應(yīng)。
3 實時性能測試與分析
實驗條件1：CPU：PⅢ300 MHz，內(nèi)存為128 MB，硬盤為5 400轉(zhuǎn)的15 GB臺式機硬盤，操作系統(tǒng)為Fedora2．6．18內(nèi)核。環(huán)境一(vd-d1)采用原版內(nèi)核，環(huán)境二(vd-d2)采用改進型內(nèi)核。測試方法為通過測試內(nèi)核的上、下文切換、內(nèi)存延遲及模擬外部中斷來評價改造前后的性能。統(tǒng)計測試結(jié)果，如圖2、圖3所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/151459.htm
從實驗結(jié)果可知，在上、下文切換中I／0讀／寫和文件打開和關(guān)閉，改進型內(nèi)核的實時性能都有明顯提高，模擬TCP通道子項，改進型內(nèi)核性能提高了約6倍，但在對中斷響應(yīng)要求不是很高的null call測試中，中斷響應(yīng)時間幾乎相同。改進型內(nèi)核中斷響應(yīng)速度始終穩(wěn)定在微妙級。在處理器負荷較輕時原始內(nèi)核有著良好的內(nèi)存延遲，隨著處理器負荷的進一步加重，原始內(nèi)核的內(nèi)存延遲急劇增加。在最差情況下，系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢，延遲時間達到5μs。而改進型內(nèi)核在處理器負荷變化時，系統(tǒng)的響應(yīng)速度變化不明顯，而且中斷響應(yīng)速度始終穩(wěn)定在2μs以下，性能穩(wěn)定。
實驗條件2：采用改進型內(nèi)核，環(huán)境一(vd-d2)CPU：PIII 300 MHz，環(huán)境二(vd-d3)CPU降頻為200 MHz(接近ARM9)。統(tǒng)計測試結(jié)果，獲得它們的文件系統(tǒng)延遲結(jié)果見圖4。圖4反映了同樣采用改進型內(nèi)核，將CPU降頻前后，測試結(jié)果差距在10μs以內(nèi)，可看出在文件系統(tǒng)延遲中，處理器頻率的較小差距對內(nèi)核的影響不大。如采用高主頻的處理器，實驗結(jié)果差距較大。
4 結(jié)語
本文通過修改APIC時鐘，可顯著地改進嵌入式系統(tǒng)的實時性能，通過對比試驗可看出改進型內(nèi)核具有良好的實時性能，滿足了系統(tǒng)實時性和穩(wěn)定性要求。本文方法使得嵌入式Linux系統(tǒng)在高實時性領(lǐng)域中得到實際的應(yīng)用。
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