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

rtai_sched_module模塊主要實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)時(shí)的任務(wù)調(diào)度，調(diào)度器基于優(yōu)先級(jí)且為可搶占式的；rtai_fifos_module是管道先入先出模塊，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)應(yīng)用與Linux應(yīng)用之間的通訊；rtai_shm_module模塊實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存的通訊方式；rtai_lxrt_module允許在用戶空間使用RTAI的系統(tǒng)服務(wù)和調(diào)度期。

3 嵌入式Linux的實(shí)時(shí)性實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

3.1 電能質(zhì)量監(jiān)控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

電能質(zhì)量問題在電能的生產(chǎn)以及消費(fèi)單位越來越得到關(guān)注，這就要求有更加先進(jìn)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、控制裝置與其配套。在線式電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備更多的投入了使用，這些設(shè)備大多采用嵌入式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在惡劣的條件下完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、控制以及通訊等一系列的任務(wù)。這些任務(wù)必須滿足嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，并且需要有很高的響應(yīng)速度，因此對(duì)于系統(tǒng)實(shí)時(shí)性提出了很高的要求。一個(gè)典型的基于嵌入式Linux的在線式電能質(zhì)量監(jiān)控器硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：

圖2 在線式電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

Fig2 Architecture of an online power quality monitoring and control system

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選用Freescale的MCF5249嵌入式微處理器完成了一套如圖2所示的在線式電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，微處理器內(nèi)部工作頻率為120Mhz，性能達(dá)125 Dhrystone 2.1 MIPS,外配4M FLASH和8M SDRAM存儲(chǔ)器。軟件方面，成功移植RTAI－uClinux雙內(nèi)核系統(tǒng)至此硬件平臺(tái)，并且針對(duì)實(shí)際應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了測(cè)試和分析。

3.2 時(shí)間分辨率測(cè)試

電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)需要周期性的對(duì)A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行采樣，并且某些實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的控制算法要求核心任務(wù)被重新調(diào)度的周期很短，因此系統(tǒng)對(duì)周期性實(shí)時(shí)任務(wù)的支持非常重要。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如下：分別在uClinux和RTAI－uClinux下利用定時(shí)函數(shù)設(shè)計(jì)周期性的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，每一周期切換一次I/O口的電平，找出各自可分辨的穩(wěn)定的最小任務(wù)周期。

在處理器中等負(fù)荷條件下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示：

表1 時(shí)間分辨率實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表

Table1 Analysis of the time resolution experiment

例如，在RTAI－uClinux系統(tǒng)中在不同的定時(shí)周期下的實(shí)驗(yàn)波形圖如圖3圖4所示。當(dāng)定時(shí)周期較大時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，而過小的定時(shí)周期（50us）會(huì)使系統(tǒng)運(yùn)行變得不穩(wěn)定。