基于RTAI的嵌入式Linux硬實時性能的研究與實現

從實驗結果可以看出，uClinux操作系統難以完成周期小于20ms以下的周期性任務，因此對于周期性的A/D采樣以及高實時控制很難實現，經過改造后的RTAI/uClinux雙內核結構時間分辨率低于100us，完全可以滿足電能質量控制器在A/D采樣等方面的實時性周期任務。

3.3 中斷響應速度測試

中斷的響應速度是實時控制系統的重要指標，例如在A/D采樣和計算完成后，系統需要控制進程盡快地被調度執行，以執行正確的控制策略。對于一個支持硬實時任務的系統來說，除了測試系統的平均響應速度外，還需要測試系統在最差情況下的響應速度以及處理器的負荷狀況對系統響應速度的影響。

設計實驗如下：利用一個外部的DSP幫助測量系統的中斷響應速度。DSP2407在啟動內部定時器后，將MCF5249 的一個I/O引腳狀態改變，MCF5249內部的高優先級進程在引腳狀態改變并且被重新調度后，立即將DSP2407的指定I/O引腳置高，DSP2407在其指定的I/O引腳被置高后停止定時器。利用DSP2407的定時器可以精確的計算出從MCF5249引腳狀態改變至MCF5249 內部進程響應之間的時間間隔，從而確定MCF5249內部進程的響應速度。改變MCF5249處理器的負荷，重復實驗，在每種情況下重復實驗過程1000 次，找出不同情況下系統響應的平均速度以及最慢響應速度。

表2 響應速度實驗結果分析表

Table2 Analysis of response speed experiment

從實驗結果可以看出，在處理器負荷較輕時uClinux系統有著良好的響應性能，但是在最差情況下，系統響應速度較慢，響應時間達到了12ms，隨著處理器負荷的進一步加重，uClinux系統的響應速度急劇下降，對于控制系統，尤其是硬實時系統來說，這是不可接受的，因為中斷響應速度直接影響到控制系統的反應速度。而RTAI－uClinux雙內核系統在處理器負荷變化時，系統的響應速度變化不明顯，而且中斷響應速度始終穩定在微妙級，適合作為硬實時系統的控制系統。

4 結論

RTAI可以顯著改進嵌入式Linux系統的實時性能，已經用于電能監控系統，通過對比試驗可以看出RTAI－uClinux雙內核的系統具有良好的硬實時性能，使得嵌入式Linux系統在高實時性領域中可以得到實際的應用。

參考文獻：

[1]Lineo, Inc. RTAI Programming Guide 1.0. September 2000

[2] E. Bianchi,L.Dozio,P.Mantegazza.A Hard Real Time support for LINUX. www.aero.polimi.it/projects/rtai/

[3]MCF5282 ColdFire? Microcontroller User’s Manual. http://www.motorola.com/coldfire

[4] 齊俊生,崔杜武,黑新宏.嵌入式Linux硬實時性的研究與實現.計算機應用.2003, 23(6):34-36;

Qi Junsheng，Cui Duwu，Hei Xinhong. Research and Implementation of Hard Real2time Performance of Embeded Linux. Computer Applications. 2003,23(6):34-36;

[5] 陳繼榮，黃建華. Linux操作系統實時性分析及改進策略.微計算機信息.2005,22:67-69;

Chen Jirong, Huang Jianhua. Linux Operating System Real- time Analysis and Improvement Strategy. Control Automation. 2005, 22:67-69;

[6]須文波，張星燁，歐愛輝.基于RTAI-Linux的實時操作系統的分析與研究.現代計算機.2005,163(5):19-21

Xu Wenbo, Zhang Xingye, Ou Aihui. Analysis and Research on Real-Time Operating System based on RTAI-Linux. Modern Computer. 2005, 163(5):19-21