嵌入式實時操作系統應用分析

當前主流的 EOS 一般可分為兩類，一類是商業級的嵌入式操作系統，這類操作系統都由知名公司開發與維護，在技術支持與服務上都有較好的保證，如 VxWorks 、 QNX 、 WinCE 等，但這類產品一般使用許可證比較昂貴，且不公開核心代碼，這就與嵌入式設備的用戶定制性較強、升級換代快等特點相違背。另一類則是逐漸興起的源碼開放的嵌入式操作系統，如嵌入式 Linux 、 eCos 等，由于這類系統具有用戶可定制性好、費用低廉等優勢，從目前看來，它們已成了嵌入式操作系統應用的主要推動力。

嵌入式Linux 操作系統

嵌入式 Linux 系統是標準 Linux 在嵌入式領域的延伸，其特點和功能與標準 Linux 幾乎完全相同。 Linux 系統的穩定性和健壯性已經在真實世界中得到了證明，在工業控制領域也有許多非常成功的應用。但是，在針對一些有較強實時性要求的特定工業應用中， Linux 系統仍然暴露 出 了許多技術缺陷。其主要原因是因為 Linux 系統起初是為 PC 開發的，在功能和性能選擇上更多的兼顧了 PC 應用的特點，追求系統的功能完備性和整體性能最優。這一點在 Linux 系統的調度策略上表現的尤為明顯，如任務之間采用的是基于分時技術 ( time-sharing ) 的調度策略，而且不支持內核態搶占式調度，這樣系統就無法保證緊急任務總是會被優先執行，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 實時性能，并取得了一些富有成效的成果。同時，開源社區也做著同樣的事情，那就是 Linux 2.6 版本的開發。開源社區采用的實時化思想是直接對 Linux 內核的調度機制和算法進行修改和優化。 Linux 2.6 內核開發大約是從 2001 年開始，經過三年左右的開發，在 2004 年發布了穩定版本，經過了這幾年的測試與改進，已經在桌面 PC 和服務器領域內得到了大量使用，在嵌入式系統上的應用也在不斷發展中。 Linux 2.6 版本中與實時性相關的改進主要體現在以下幾個方面。

⑴ 調度計算的分散性。 2.6 版本中采用了由 Ingo Molnar 實現的調度算法，該算法將進程優先級的計算分散在多處進行，而不是集中在一個統一的調度函數中，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間，并且使調度器的時間開銷是與系統負載無關，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時操作系統的標志之一，這也是早期 Linux 系統應用于實時應用時最為詬病的地方。

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

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