嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)用分析

當(dāng)前主流的 EOS 一般可分為兩類，一類是商業(yè)級的嵌入式操作系統(tǒng)，這類操作系統(tǒng)都由知名公司開發(fā)與維護(hù)，在技術(shù)支持與服務(wù)上都有較好的保證，如 VxWorks 、 QNX 、 WinCE 等，但這類產(chǎn)品一般使用許可證比較昂貴，且不公開核心代碼，這就與嵌入式設(shè)備的用戶定制性較強(qiáng)、升級換代快等特點(diǎn)相違背。另一類則是逐漸興起的源碼開放的嵌入式操作系統(tǒng)，如嵌入式 Linux 、 eCos 等，由于這類系統(tǒng)具有用戶可定制性好、費(fèi)用低廉等優(yōu)勢，從目前看來，它們已成了嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用的主要推動力。

嵌入式Linux 操作系統(tǒng)

嵌入式 Linux 系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn) Linux 在嵌入式領(lǐng)域的延伸，其特點(diǎn)和功能與標(biāo)準(zhǔn) Linux 幾乎完全相同。 Linux 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性已經(jīng)在真實(shí)世界中得到了證明，在工業(yè)控制領(lǐng)域也有許多非常成功的應(yīng)用。但是，在針對一些有較強(qiáng)實(shí)時(shí)性要求的特定工業(yè)應(yīng)用中， Linux 系統(tǒng)仍然暴露 出 了許多技術(shù)缺陷。其主要原因是因?yàn)?Linux 系統(tǒng)起初是為 PC 開發(fā)的，在功能和性能選擇上更多的兼顧了 PC 應(yīng)用的特點(diǎn)，追求系統(tǒng)的功能完備性和整體性能最優(yōu)。這一點(diǎn)在 Linux 系統(tǒng)的調(diào)度策略上表現(xiàn)的尤為明顯，如任務(wù)之間采用的是基于分時(shí)技術(shù) ( time-sharing ) 的調(diào)度策略，而且不支持內(nèi)核態(tài)搶占式調(diào)度，這樣系統(tǒng)就無法保證緊急任務(wù)總是會被優(yōu)先執(zhí)行，且調(diào)度延遲不確定，是隨機(jī)可變的。

因此，有相當(dāng)多機(jī)構(gòu)和公司都在研究如何提高 Linux 實(shí)時(shí)性能，并取得了一些富有成效的成果。同時(shí)，開源社區(qū)也做著同樣的事情，那就是 Linux 2.6 版本的開發(fā)。開源社區(qū)采用的實(shí)時(shí)化思想是直接對 Linux 內(nèi)核的調(diào)度機(jī)制和算法進(jìn)行修改和優(yōu)化。 Linux 2.6 內(nèi)核開發(fā)大約是從 2001 年開始，經(jīng)過三年左右的開發(fā)，在 2004 年發(fā)布了穩(wěn)定版本，經(jīng)過了這幾年的測試與改進(jìn)，已經(jīng)在桌面 PC 和服務(wù)器領(lǐng)域內(nèi)得到了大量使用，在嵌入式系統(tǒng)上的應(yīng)用也在不斷發(fā)展中。 Linux 2.6 版本中與實(shí)時(shí)性相關(guān)的改進(jìn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

⑴ 調(diào)度計(jì)算的分散性。 2.6 版本中采用了由 Ingo Molnar 實(shí)現(xiàn)的調(diào)度算法，該算法將進(jìn)程優(yōu)先級的計(jì)算分散在多處進(jìn)行，而不是集中在一個(gè)統(tǒng)一的調(diào)度函數(shù)中，這樣不僅提高了計(jì)算效率，還減小了 CPU 因集中調(diào)度計(jì)算所消耗的時(shí)間，并且使調(diào)度器的時(shí)間開銷是與系統(tǒng)負(fù)載無關(guān)，是 O(1) 恒定的。

⑵ 搶占式內(nèi)核的支持。 2.6 版本中提供了對搶占式內(nèi)核的支持，而 2.4 內(nèi)核是不支持內(nèi)核搶占的。支持搶占式調(diào)度是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的標(biāo)志之一，這也是早期 Linux 系統(tǒng)應(yīng)用于實(shí)時(shí)應(yīng)用時(shí)最為詬病的地方。

⑶ 系統(tǒng)同步機(jī)制的改進(jìn)。 2.6 內(nèi)核中則對系統(tǒng)中同步機(jī)制的使用進(jìn)行了優(yōu)化，大大減小了因同步機(jī)制引起的時(shí)間消耗。

⑷ 更細(xì)的時(shí)間粒度。在 2.6 內(nèi)核中，定時(shí)器的頻率被定義為 1000Hz ，而 2.4 內(nèi)核中為 100Hz 。