uClinux操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化分析與研究

4.2定時(shí)器的移植

如前面分析，對(duì)于一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，必須有精確的計(jì)時(shí)。在i386體系結(jié)構(gòu)中，有時(shí)間標(biāo)簽計(jì)數(shù)器TSC（Time Stamp Count），在S3C4510B處理器上沒(méi)有這個(gè)寄存器，可以采用計(jì)時(shí)器2（Timer1）來(lái)模擬TSC的功能。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，Timer1的 TCNT1寄存器減1，減到零后產(chǎn)生時(shí)鐘中斷，再?gòu)腡DATA1中讀TCNT1的值，往復(fù)運(yùn)行。具體的做法是使用一個(gè)內(nèi)核的全局變量，每次時(shí)鐘中斷來(lái)以后，在Timer1的寄存器中讀出值，計(jì)算其增量，為了使系統(tǒng)更精確，必須將Timer1中斷設(shè)置為最高優(yōu)先級(jí)，這樣就可以模擬64位的TSC寄存器，從而得到當(dāng)前的準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。

5.基于RTAI與μClinux的應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)

編寫應(yīng)用程序時(shí)，將實(shí)時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用程序分為實(shí)時(shí)任務(wù)和非實(shí)時(shí)任務(wù)。實(shí)時(shí)任務(wù)是實(shí)時(shí)模塊，作為μClinux核心可加載模塊運(yùn)行在核心態(tài)。它的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，僅包含那些有強(qiáng)實(shí)時(shí)要求的處理模塊，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、外部設(shè)備控制等。非實(shí)時(shí)任務(wù)是普通的μClinux進(jìn)程，在用戶態(tài)執(zhí)行，完成大部分的數(shù)據(jù)處理、圖形顯示和通訊等任務(wù)。所有的實(shí)時(shí)任務(wù)均按照對(duì)實(shí)時(shí)性要求的高低來(lái)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排隊(duì)，系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)先級(jí)的高低來(lái)順序啟動(dòng)各個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)。而位于用戶態(tài)的界面，當(dāng)作一個(gè)背景程序來(lái)執(zhí)行。核心態(tài)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)總是高于用戶態(tài)的界面任務(wù)，且不能被其搶占。實(shí)時(shí)任務(wù)和非實(shí)時(shí)任務(wù)之間可通過(guò)FIFO隊(duì)列和共享內(nèi)存等方法通信。基于RTAI的μClinux應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的啟動(dòng)和結(jié)束可以用一個(gè)Shell程序來(lái)執(zhí)行，它的功能是實(shí)現(xiàn)各任務(wù)模塊的加載和卸載，以及用戶界面的運(yùn)行。Shell程序是介于使用者和操作系統(tǒng)的內(nèi)核程序間的一個(gè)界面，使用戶更為方便的使用操作系統(tǒng)。由于各個(gè)模塊之間具有相互依賴性，所以在加載和卸載各個(gè)模塊時(shí)按照一定的順序。首先要將 RTAI提供的實(shí)時(shí)模塊加載，包括rtai、rtai_sched、rtai_fifos和rtai_shm等模塊；然后裝入系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)時(shí)模塊。卸載模塊的時(shí)候按照相反的順序依次卸載。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的程序流程圖如圖3所示。

6.結(jié)束語(yǔ)

作者已將改造后的μClinux系統(tǒng)應(yīng)用在了江蘇省普通高校自然科學(xué)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目“機(jī)房環(huán)境設(shè)備安全監(jiān)控軟件平臺(tái)的研制”等項(xiàng)目中，均取得了良好的效果，解決了μClinux在實(shí)時(shí)性方面的缺陷，滿足了設(shè)計(jì)要求。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了RTAI在μClinux上的移植，形成了RTAI和μClinux相結(jié)合的雙內(nèi)核嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行方案，既滿足了嵌入式應(yīng)用的需求，又保證了系統(tǒng)的硬實(shí)時(shí)性。

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