摘要：介紹了RTLinux的兩個(gè)重點(diǎn)特點(diǎn)：硬實(shí)時(shí)性和完備性，及其在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中的一些重要功能，并結(jié)合實(shí)時(shí)處理的具體實(shí)例對(duì)其編程方法加以說明。

    關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)處理 Linux 嵌入式系統(tǒng)

近年來，基于PC的嵌入式系統(tǒng)得到迅速的發(fā)展。在各種不同的操作系統(tǒng)中，由于Linux操作系統(tǒng)的廉價(jià)、源代碼的開放性以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使其在基于PC的嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛。RTLinux(RealTime Linux)[1]是一種基于Linux的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是由FSMLabs公司（Finite State Machine Labs Inc.）推出的與Linux操作系統(tǒng)共存的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它能夠創(chuàng)建精確運(yùn)行的符合POSIX.1b標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)進(jìn)程；并且作為一種遵循GPL v2協(xié)議的開放軟件，可以達(dá)GPL v2協(xié)議許可范圍內(nèi)自由地、免費(fèi)地使用、修改和再發(fā)生。本文介紹了RTLinux的特點(diǎn)及功能，并結(jié)合一個(gè)實(shí)時(shí)處理的具體實(shí)例對(duì)其編程方法加以說明。

1 RTLinux的特點(diǎn)

在Linux操作系統(tǒng)中，調(diào)度算法（其于最大吞吐量準(zhǔn)則）、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、不可中斷的系統(tǒng)調(diào)用、中斷屏蔽以及虛擬內(nèi)存的使用等因素，都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在時(shí)間上的不可預(yù)測(cè)性，決定了Linux操作系統(tǒng)不能處理硬實(shí)時(shí)任務(wù)。RTLinux為避免這些問題，在Linux內(nèi)核與硬件之間增加了一個(gè)虛擬層（通常稱作虛擬機(jī)），構(gòu)筑了一個(gè)小的、時(shí)間上可預(yù)測(cè)的、與Linux內(nèi)核分開的實(shí)時(shí)內(nèi)核，使得在其中運(yùn)行的實(shí)時(shí)進(jìn)程滿足硬實(shí)時(shí)性。并且RTLinux和Linux構(gòu)成一個(gè)完備的整體，能夠完成既包括實(shí)時(shí)部分又包括非實(shí)時(shí)部分的復(fù)雜任務(wù)。

1.1 硬實(shí)時(shí)性

RTLinux將Linux源碼中所有的cli、sti、iret指令分別用宏S_CLI、S_STI、S_IRET替換，引入虛擬層將截取所有的硬件中斷，分割Linux系統(tǒng)與硬件中斷之間的直接聯(lián)系。當(dāng)RTLinux虛擬層接收到與實(shí)時(shí)處理有關(guān)的硬件中斷時(shí)，立即啟動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)中斷服務(wù)程序；而接收到與實(shí)時(shí)處理無關(guān)的中斷時(shí)，先保存相應(yīng)的信息，等到RTLinux內(nèi)核空閑時(shí)通過軟中斷傳遞給Linux內(nèi)核去處理，這樣就使得RTLinux內(nèi)核不受各種軟、硬件中斷的影響，不會(huì)造成時(shí)間上的不可預(yù)測(cè)性。同時(shí)又區(qū)別于其他實(shí)時(shí)處理方案，它并未對(duì)操作系統(tǒng)的內(nèi)核作結(jié)構(gòu)性的修改，因此并不會(huì)妨礙Linux操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展和變化。

Linux采用基于最大吞吐量準(zhǔn)則的調(diào)度策略，并不能確保各個(gè)實(shí)時(shí)進(jìn)程的及時(shí)調(diào)度。而RTLinux在缺省情況下采用優(yōu)先級(jí)的調(diào)度策略，即系統(tǒng)調(diào)度器根據(jù)各個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)來確定執(zhí)行的先后次序。優(yōu)先級(jí)高的先執(zhí)行，優(yōu)先級(jí)低的后執(zhí)行，這樣就保證了實(shí)時(shí)進(jìn)程的迅速調(diào)度。同時(shí)RTLinux也支持其它的調(diào)度策略，如最短時(shí)限最先調(diào)度（EDP）、確定周期調(diào)度（RM）（周期短的實(shí)時(shí)任務(wù)具有高的優(yōu)先級(jí)）。RTLinux將任務(wù)調(diào)度器本身設(shè)計(jì)成一個(gè)可裝載的內(nèi)核模塊，用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需要，編寫適合自己的調(diào)度算法。

操作系統(tǒng)精確的定時(shí)機(jī)制，可以提高任務(wù)調(diào)度器的效率，但增加CPU處理定時(shí)中斷的時(shí)間開銷。RTLinux采用一種折衷的方案，不將8354定時(shí)器設(shè)計(jì)成10毫秒產(chǎn)生一次定時(shí)中斷的固定模式，而是根據(jù)最近事件（進(jìn)程）的時(shí)間需要，不斷調(diào)整定時(shí)器的定時(shí)間隔。這樣既可以提供高精度的時(shí)間值，又避免過多增加CPU處理定時(shí)中斷的時(shí)間開銷。RTLinux系統(tǒng)同時(shí)將各時(shí)間間隔相加，保持一個(gè)系統(tǒng)全局時(shí)間變量，并使用軟中斷的方式來模擬傳統(tǒng)的100Hz定時(shí)中斷，將其傳遞給Linux系統(tǒng)使用。

1.2 完備性

過去，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)僅是一組原始的、簡(jiǎn)單的可執(zhí)行程序，它所做的僅僅是向應(yīng)用程序提供一程序庫(kù)，但如今，實(shí)時(shí)應(yīng)用程序通常要求能夠支持TCP/IP、圖形顯示、文件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其它復(fù)雜的服務(wù)。為了滿足當(dāng)今實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的多種需求，通常采用在實(shí)時(shí)控制內(nèi)核上增加這些服務(wù)或完全修改標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)內(nèi)核的方法，而RTLinux所采用的是一種新型高效