基于Xenomai的實(shí)時(shí)Linux分析與研究

內(nèi)核通過(guò)函數(shù)_ipipe_mach_get_tscinfo來(lái)填充struct_ipipe_tscinfo結(jié)構(gòu)體變量中的各項(xiàng)內(nèi)容：

其中，info一>typte說(shuō)明在S3C2410平臺(tái)上TSC是基于Decrementer硬件計(jì)數(shù)方式的；info一>u．dec．counter用來(lái)將Decrementer計(jì)數(shù)器的物理地址設(shè)定為0x51000038；info一>u．dec．mask掩碼用來(lái)注明使用Dec―rementet。計(jì)數(shù)器中的特定位；info一>u．dec．tsc指向存放64位TSC值的區(qū)域。
在Xenomai用戶層的實(shí)時(shí)程序運(yùn)行時(shí)，程序都會(huì)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用得到內(nèi)核填充好的struct_ipipe_tscinfo結(jié)構(gòu)體變量。具體實(shí)現(xiàn)可參考編譯用戶層實(shí)時(shí)程序時(shí)用到的，由Xenomai所提的頭文件/usr/xenomai/include/asm/syscall．h。
2．3 Xenomai多API構(gòu)架
除了提供Linux硬實(shí)時(shí)，Xenomai的另一個(gè)目的是使基于Linux的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能提供與傳統(tǒng)的工業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(包括VxWorks、pSOS+、VRTX或者uITRON)功能相同的API。這樣，可以讓這些操作系統(tǒng)下的應(yīng)用程序能夠很容易地移植到GNU／Linux環(huán)境中，同時(shí)保持很好的實(shí)時(shí)性。
Xenomai的核心技術(shù)表現(xiàn)為使用一個(gè)實(shí)時(shí)微內(nèi)核(real―time nucleus)來(lái)構(gòu)建這些實(shí)時(shí)API，也稱作“skin”。在實(shí)時(shí)核復(fù)用的基礎(chǔ)上，一個(gè)skin可以很好地模擬一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的API。它的結(jié)構(gòu)圖可以參考圖2。

圖2中，Native是Xenomai自帶的API，各類API都有著同等的地位，都獨(dú)立地基于同一個(gè)實(shí)時(shí)微內(nèi)核。這樣做可以讓內(nèi)核的優(yōu)點(diǎn)被外層所有的API很好地繼承下來(lái)。更重要的是，實(shí)時(shí)微內(nèi)核提供的服務(wù)被外層各種API以不同的方式表現(xiàn)出來(lái)，由此可以增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的強(qiáng)壯性。
編制實(shí)時(shí)程序時(shí)，在很多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上只能在內(nèi)核層實(shí)現(xiàn)；而編制實(shí)時(shí)內(nèi)核模塊時(shí)，會(huì)受到內(nèi)核的限制，比如有些實(shí)時(shí)內(nèi)核不支持浮點(diǎn)運(yùn)算，模塊出錯(cuò)時(shí)容易使整個(gè)系統(tǒng)掛起，而且內(nèi)核模塊的調(diào)試比較困難。Xenomai能夠支持較好的用戶層實(shí)時(shí)，這為編制實(shí)時(shí)性要求不是非常高的實(shí)時(shí)程序提供了一個(gè)有效途徑。下面這個(gè)用戶層實(shí)時(shí)例程使用的是Xenomai提供的Native API：

從程序中可以看出，Xenomai的用戶層實(shí)時(shí)程序的周期可以輕易地設(shè)定到μs級(jí)，所以它完全可以適用于一般實(shí)時(shí)性要求的工程應(yīng)用。

3 總 結(jié)
本文首先簡(jiǎn)單介紹了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，分析了Linux 2．6內(nèi)核實(shí)時(shí)性能的不足；然后著重介紹了一個(gè)Linux實(shí)時(shí)化的解決方案――Xenomai，分析了Xenomai的Adeos構(gòu)架基礎(chǔ)，簡(jiǎn)要說(shuō)明了Xenomai用戶層實(shí)時(shí)的實(shí)現(xiàn)，以及Xenomai支持多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的API的新特點(diǎn)。本文給出的Xenomai的用戶層實(shí)時(shí)例程已經(jīng)成功地在多個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行過(guò)，表明Xenomai用戶程序在多種硬件平臺(tái)上有很好的移植性。