基于RTLinux的軟件無線電偵察預(yù)處理系統(tǒng)

2.嵌入式實(shí)時(shí)Linux

許多嵌入式系統(tǒng)要求能預(yù)測(cè)、可限定響應(yīng)時(shí)間地響應(yīng)外界事件，也就是有實(shí)時(shí)性的要求。用于嵌入式場合的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)就是嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，此類實(shí)時(shí)系統(tǒng)包括自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理等系統(tǒng)。一般“實(shí)時(shí)”的含義是指對(duì)來自外界的事件必須在可預(yù)測(cè)的、相對(duì)短的時(shí)間段內(nèi)得到響應(yīng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)一般分為2種類型：軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)和硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)指系統(tǒng)整體吞吐量大或者整體響應(yīng)速度快，但是不能保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)。硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)指任務(wù)必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正確的完成。

嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)有很多，這里只介紹實(shí)時(shí)Linux系統(tǒng)。Linux本身不是一個(gè)是真正的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，通用的Linux操作系統(tǒng)有3個(gè)不利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性的弊端：中斷封鎖時(shí)間過長；非搶占式Linux內(nèi)核；耗盡式、機(jī)會(huì)均等的進(jìn)程調(diào)度策略。但是它已經(jīng)有幾個(gè)增加的選擇可以給基于Linux的系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)特性。其中，最常用的辦法是雙內(nèi)核相結(jié)合，把一個(gè)通用操作系統(tǒng)作為一個(gè)任務(wù)運(yùn)行在一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核上。通用操作系統(tǒng)提供磁盤讀寫、網(wǎng)絡(luò)及通訊、串/并口讀寫、系統(tǒng)初始化、內(nèi)存管理等功能，而實(shí)時(shí)內(nèi)核則處理實(shí)時(shí)事件的響應(yīng)。雙內(nèi)核策略充分兼容標(biāo)準(zhǔn)的Linux，而又采用一種不干擾原Linux的方式來增加了實(shí)時(shí)功能。

RTLinux（RealTimeLinux）是一個(gè)嵌入式硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，RTLinux實(shí)現(xiàn)了一個(gè)小的實(shí)時(shí)核心，僅支持底層任務(wù)創(chuàng)建、中斷服務(wù)例程的裝入、底層任務(wù)通信隊(duì)列、中斷服務(wù)例程(ISR)和Linux進(jìn)程。原來的非實(shí)時(shí)Linux核心作為一個(gè)可搶先的任務(wù)運(yùn)行于這個(gè)小核心之上，優(yōu)先級(jí)最低，隨時(shí)會(huì)被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占。用戶可自行編寫調(diào)度程序，它們可實(shí)現(xiàn)為可加載的核心模塊；已實(shí)現(xiàn)的調(diào)度程序有：基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度和EDF調(diào)度；基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度使用“單調(diào)率算法”，它直接支持周期任務(wù)。RTLinux是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)速度可達(dá)微秒級(jí)。

3.RTLinux預(yù)處理系統(tǒng)

我們采用RTLinuxv3.0來開發(fā)預(yù)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(yīng)時(shí)間（最差情況），為標(biāo)準(zhǔn)PC提供低于20μm的中斷響應(yīng)時(shí)間（最差情況）。為了進(jìn)一步驗(yàn)證RTLinux是否滿足項(xiàng)目實(shí)時(shí)性能的要求，我們對(duì)它的實(shí)時(shí)性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。由于在項(xiàng)目中主要的技術(shù)指標(biāo)是中斷響應(yīng)時(shí)間，我們采用并口中斷的方法進(jìn)行測(cè)試中斷響應(yīng)時(shí)間。在PII300MHz的PC機(jī)上做一個(gè)并口中斷卡，每10μm中斷一次，測(cè)試中斷響應(yīng)時(shí)間，結(jié)果如表1所示。從測(cè)試結(jié)果可以看出，RTLinux具有很好的實(shí)時(shí)性。

采用RTLinux的預(yù)處理系統(tǒng)還需要編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。按照在Linux下編寫驅(qū)動(dòng)程序的規(guī)則編寫，編寫以下驅(qū)動(dòng)程序：（１）對(duì)設(shè)備初始化和釋放；（２）把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)；（３）讀取應(yīng)用程序傳遞給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回送應(yīng)用程序請(qǐng)求的數(shù)據(jù)；（４）檢測(cè)和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

如圖3所示，在相應(yīng)的硬件基礎(chǔ)上，我們加載RTLinuxv3.0操作系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和預(yù)處理程序，就組成了一個(gè)預(yù)處理系統(tǒng)。在整個(gè)偵察系統(tǒng)的性能調(diào)試中，預(yù)處理部分經(jīng)測(cè)試運(yùn)行效果良好，并滿足實(shí)時(shí)性要求。

四、結(jié)束語

嵌入式實(shí)時(shí)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(jìn)行配置，精簡了內(nèi)核，達(dá)到最簡最優(yōu)的系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)性。嵌入式實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng)運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)的接口，可用高級(jí)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(kuò)展性。所以用嵌入式實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng)來代替DSP來實(shí)現(xiàn)預(yù)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(hù)和升級(jí)換代。因此采用RTLinux預(yù)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(shí)產(chǎn)權(quán)，保密性好，更適應(yīng)于軍用軟件無線電通信偵察設(shè)備。