基于RTLinux的軟件無線電偵察預處理系統(tǒng)

2.嵌入式實時Linux

許多嵌入式系統(tǒng)要求能預測、可限定響應時間地響應外界事件，也就是有實時性的要求。用于嵌入式場合的實時操作系統(tǒng)就是嵌入式實時操作系統(tǒng)，此類實時系統(tǒng)包括自動控制、數(shù)據(jù)采集和信號處理等系統(tǒng)。一般“實時”的含義是指對來自外界的事件必須在可預測的、相對短的時間段內得到響應。實時系統(tǒng)一般分為2種類型：軟實時系統(tǒng)和硬實時系統(tǒng)。軟實時系統(tǒng)指系統(tǒng)整體吞吐量大或者整體響應速度快，但是不能保證在規(guī)定的時間內完成規(guī)定的任務。硬實時系統(tǒng)指任務必須在規(guī)定的時間內正確的完成。

嵌入式實時系統(tǒng)有很多，這里只介紹實時Linux系統(tǒng)。Linux本身不是一個是真正的實時操作系統(tǒng)，通用的Linux操作系統(tǒng)有3個不利于實現(xiàn)實時性的弊端：中斷封鎖時間過長；非搶占式Linux內核；耗盡式、機會均等的進程調度策略。但是它已經有幾個增加的選擇可以給基于Linux的系統(tǒng)提供實時特性。其中，最常用的辦法是雙內核相結合，把一個通用操作系統(tǒng)作為一個任務運行在一個實時內核上。通用操作系統(tǒng)提供磁盤讀寫、網絡及通訊、串/并口讀寫、系統(tǒng)初始化、內存管理等功能，而實時內核則處理實時事件的響應。雙內核策略充分兼容標準的Linux，而又采用一種不干擾原Linux的方式來增加了實時功能。

RTLinux（RealTimeLinux）是一個嵌入式硬實時操作系統(tǒng)，RTLinux實現(xiàn)了一個小的實時核心，僅支持底層任務創(chuàng)建、中斷服務例程的裝入、底層任務通信隊列、中斷服務例程(ISR)和Linux進程。原來的非實時Linux核心作為一個可搶先的任務運行于這個小核心之上，優(yōu)先級最低，隨時會被高優(yōu)先級任務搶占。用戶可自行編寫調度程序，它們可實現(xiàn)為可加載的核心模塊；已實現(xiàn)的調度程序有：基于優(yōu)先級的搶占式調度和EDF調度；基于優(yōu)先級的調度使用“單調率算法”，它直接支持周期任務。RTLinux是硬實時系統(tǒng)，系統(tǒng)響應速度可達微秒級。

3.RTLinux預處理系統(tǒng)

我們采用RTLinuxv3.0來開發(fā)預處理系統(tǒng)。從資料上看，RTLinuxv3.0為某些嵌入式處理器提供低于10μm的中斷響應時間（最差情況），為標準PC提供低于20μm的中斷響應時間（最差情況）。為了進一步驗證RTLinux是否滿足項目實時性能的要求，我們對它的實時性能指標進行了測試。由于在項目中主要的技術指標是中斷響應時間，我們采用并口中斷的方法進行測試中斷響應時間。在PII300MHz的PC機上做一個并口中斷卡，每10μm中斷一次，測試中斷響應時間，結果如表1所示。從測試結果可以看出，RTLinux具有很好的實時性。

采用RTLinux的預處理系統(tǒng)還需要編寫設備驅動程序。按照在Linux下編寫驅動程序的規(guī)則編寫，編寫以下驅動程序：（１）對設備初始化和釋放；（２）把數(shù)據(jù)從內核傳到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)；（３）讀取應用程序傳遞給設備文件的數(shù)據(jù)和回送應用程序請求的數(shù)據(jù)；（４）檢測和處理設備出現(xiàn)的錯誤。

如圖3所示，在相應的硬件基礎上，我們加載RTLinuxv3.0操作系統(tǒng)、設備驅動程序和預處理程序，就組成了一個預處理系統(tǒng)。在整個偵察系統(tǒng)的性能調試中，預處理部分經測試運行效果良好，并滿足實時性要求。

四、結束語

嵌入式實時操作系統(tǒng)是源碼開放、系統(tǒng)可裁減的，可以根據(jù)處理器的和硬件的類型進行配置，精簡了內核，達到最簡最優(yōu)的系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有很好的實時性。嵌入式實時Linux操作系統(tǒng)運行于高速的微處理器之上，隨著微處理器的快速發(fā)展，處理速度幾乎可以和DSP相媲美。作為操作系統(tǒng)，它使用戶不需和硬件打交道，利用操作系統(tǒng)提供一些標準的接口，可用高級語言來編寫程序，縮短軟件開發(fā)周期，降低軟件開發(fā)難度，并且大大提高了程序的可移植性和擴展性。所以用嵌入式實時Linux操作系統(tǒng)來代替DSP來實現(xiàn)預處理，可以大大提高系統(tǒng)的靈活性和軟件的可移植性，便于系統(tǒng)的維護和升級換代。因此采用RTLinux預處理的軟件無線電通信偵察系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性。更為重要的是，Linux源碼開放的，在該操作系統(tǒng)上開發(fā)的程序具有自主知識產權，保密性好，更適應于軍用軟件無線電通信偵察設備。