Linux實(shí)時(shí)化解決方案Xenomai的原理及應(yīng)用
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在基于Adeos的系統(tǒng)中，分為多個(gè)域。每個(gè)域中獨(dú)立運(yùn)行一個(gè)操作系統(tǒng)（或者是實(shí)現(xiàn)一定功能的程序模塊），每個(gè)域可以有獨(dú)立的地址空間和類似于進(jìn)程、虛擬內(nèi)存等的軟件抽象層。在各個(gè)域下層有一個(gè)Adeos通過(guò)虛擬中斷等方法來(lái)調(diào)度上面的各個(gè)域。在基于Adeos的系統(tǒng)中，存在著A、B、C、D四種類型的交互，如圖1所示。
A類交互是各個(gè)域直接操作硬件設(shè)備，包括訪問(wèn)內(nèi)存等；B類交互指當(dāng)Adeos接收到硬件中斷后，會(huì)根據(jù)中斷來(lái)對(duì)相應(yīng)的域進(jìn)行中斷服務(wù)；C類交互指當(dāng)前域內(nèi)的操作系統(tǒng)主動(dòng)向Adeos請(qǐng)求某些服務(wù)；D類交互是指Adeos接收硬件產(chǎn)生的中斷和異常，同時(shí)也可以直接控制硬件。
2.2 Xenomai用戶層實(shí)時(shí)的實(shí)現(xiàn)
Xenomai除了在內(nèi)核層利用Adeos實(shí)現(xiàn)了硬實(shí)時(shí)外，它在用戶空間也有很好的實(shí)時(shí)性。在S3C2410平臺(tái)上，為了實(shí)現(xiàn)用戶層的實(shí)時(shí)，Xenomai實(shí)現(xiàn)了一個(gè)硬件計(jì)數(shù)器--Decrementer.這個(gè)硬件計(jì)數(shù)器可以在用戶空問(wèn)里很好地模擬TSC（Time Stamp Counter,時(shí)間戳計(jì)數(shù)器）。
同時(shí)，Xenomai在Linux內(nèi)核中加入了一個(gè)全新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)__ipipe_tscinfo,可以通過(guò)此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變量存放用戶層需要的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成如下：
用戶層，應(yīng)用程序通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用可以迅速得到struct_ipipe_tscinfo結(jié)構(gòu)體中的數(shù)據(jù)。而且為了避免受到緩存的影響，Xenomai將此結(jié)構(gòu)體變量存放在Linux的向量頁(yè)中。
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。
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