嵌入式Linux實(shí)時(shí)化技術(shù)

　　● 其他改進(jìn)

　　Linux在用戶層支持性能良好的futex，實(shí)現(xiàn)原理類似于內(nèi)核優(yōu)先級繼承mutex，僅在產(chǎn)生競態(tài)時(shí)進(jìn)入內(nèi)核，提高了應(yīng)用程序性能。此外，實(shí)時(shí)搶占補(bǔ)丁內(nèi)核還提供mutex死鎖檢測、延遲跟蹤與測量、中斷關(guān)閉跟蹤與延遲測量、搶占延遲測量等內(nèi)核調(diào)試與診斷、內(nèi)核性能測量與調(diào)優(yōu)等工具、實(shí)時(shí)Trace支持( Ftrace)等支持。

　　現(xiàn)階段實(shí)時(shí)化技術(shù)在各體系結(jié)構(gòu)上逐漸得到了支持，如表1所示。

　　實(shí)時(shí)搶占內(nèi)核延遲

　　現(xiàn)階段，實(shí)時(shí)搶占補(bǔ)丁技術(shù)仍處于完善過程中，其表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)不足。

　　● 中斷延遲

　　即使不發(fā)生中斷線程搶占，實(shí)時(shí)搶占內(nèi)核相對原來中斷服務(wù)機(jī)制額外增加一對上下文切換時(shí)間，用于喚醒中斷服務(wù)線程執(zhí)行和進(jìn)入睡眠狀態(tài)。此外，內(nèi)核中還存在少量用raw_spinlock鎖禁用中斷來保護(hù)的臨界區(qū)，需要計(jì)算這些鎖造成的中斷延遲。

　　● 任務(wù)搶占延遲

　　內(nèi)核搶占延遲主要是由于在內(nèi)核中使用各種鎖機(jī)制用于控制任務(wù)和中斷對臨界區(qū)的訪問所造成的，特別是實(shí)時(shí)搶占內(nèi)核中為了避免優(yōu)先級逆轉(zhuǎn)增加的鎖機(jī)制帶來了額外時(shí)間負(fù)載。

　　● 內(nèi)核模塊其他延遲

　　在實(shí)時(shí)搶占補(bǔ)丁中，內(nèi)存管理模塊還需減少頁表錯(cuò)誤引起的延遲，降低mlockall內(nèi)存鎖存造成的性能降級影響。實(shí)時(shí)搶占內(nèi)核中高精度定時(shí)器的使用導(dǎo)致了額外定時(shí)器管理時(shí)間負(fù)載。此外，內(nèi)核中一些驅(qū)動程序需要針對實(shí)時(shí)應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化來提高實(shí)時(shí)響應(yīng)。軟浮點(diǎn)處理和軟浮點(diǎn)內(nèi)核仿真需要和實(shí)時(shí)搶占補(bǔ)丁兼容，能耗管理子系統(tǒng)還需要具備實(shí)時(shí)系統(tǒng)感知能力。

　　實(shí)時(shí)搶占內(nèi)核性能測試

　　本文在Intel Pentium M 1.7GHz處理器上進(jìn)行了測試。測試環(huán)境包括：Linux內(nèi)核2.6.25.8最小配置;patch-2.6.25.8-rt7實(shí)時(shí)補(bǔ)丁;libc 2.5+和busybox-1.10.0構(gòu)建initrdfs方式的根文件系統(tǒng)。