基于RTAI的嵌入式Linux硬實時性能的研究與實現(xiàn)
從實驗結(jié)果可以看出,uClinux操作系統(tǒng)難以完成周期小于20ms以下的周期性任務(wù),因此對于周期性的A/D采樣以及高實時控制很難實現(xiàn),經(jīng)過改造后的RTAI/uClinux雙內(nèi)核結(jié)構(gòu)時間分辨率低于100us,完全可以滿足電能質(zhì)量控制器在A/D采樣等方面的實時性周期任務(wù)。
3.3 中斷響應(yīng)速度測試
中斷的響應(yīng)速度是實時控制系統(tǒng)的重要指標,例如在A/D采樣和計算完成后,系統(tǒng)需要控制進程盡快地被調(diào)度執(zhí)行,以執(zhí)行正確的控制策略。對于一個支持硬實時任務(wù)的系統(tǒng)來說,除了測試系統(tǒng)的平均響應(yīng)速度外,還需要測試系統(tǒng)在最差情況下的響應(yīng)速度以及處理器的負荷狀況對系統(tǒng)響應(yīng)速度的影響。
設(shè)計實驗如下:利用一個外部的DSP幫助測量系統(tǒng)的中斷響應(yīng)速度。DSP2407在啟動內(nèi)部定時器后,將MCF5249 的一個I/O引腳狀態(tài)改變,MCF5249內(nèi)部的高優(yōu)先級進程在引腳狀態(tài)改變并且被重新調(diào)度后,立即將DSP2407的指定I/O引腳置高,DSP2407在其指定的I/O引腳被置高后停止定時器。利用DSP2407的定時器可以精確的計算出從MCF5249引腳狀態(tài)改變至MCF5249 內(nèi)部進程響應(yīng)之間的時間間隔,從而確定MCF5249內(nèi)部進程的響應(yīng)速度。改變MCF5249處理器的負荷,重復(fù)實驗,在每種情況下重復(fù)實驗過程1000 次,找出不同情況下系統(tǒng)響應(yīng)的平均速度以及最慢響應(yīng)速度。
操作系統(tǒng) | 處理器負荷輕 | 處理器負荷較重 | ||
平均響應(yīng)時間 | 最慢響應(yīng)時間 | 平均響應(yīng)時間 | 最慢響應(yīng)時間 | |
uClinux | 120us | 12ms | 221ms | 795ms |
RTAI/uClinux | 25us | 27us | 27us | 30us |
表2 響應(yīng)速度實驗結(jié)果分析表
Table2 Analysis of response speed experiment
從實驗結(jié)果可以看出,在處理器負荷較輕時uClinux系統(tǒng)有著良好的響應(yīng)性能,但是在最差情況下,系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢,響應(yīng)時間達到了12ms,隨著處理器負荷的進一步加重,uClinux系統(tǒng)的響應(yīng)速度急劇下降,對于控制系統(tǒng),尤其是硬實時系統(tǒng)來說,這是不可接受的,因為中斷響應(yīng)速度直接影響到控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度。而RTAI-uClinux雙內(nèi)核系統(tǒng)在處理器負荷變化時,系統(tǒng)的響應(yīng)速度變化不明顯,而且中斷響應(yīng)速度始終穩(wěn)定在微妙級,適合作為硬實時系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。
4 結(jié)論
RTAI可以顯著改進嵌入式Linux系統(tǒng)的實時性能,已經(jīng)用于電能監(jiān)控系統(tǒng),通過對比試驗可以看出RTAI-uClinux雙內(nèi)核的系統(tǒng)具有良好的硬實時性能,使得嵌入式Linux系統(tǒng)在高實時性領(lǐng)域中可以得到實際的應(yīng)用。
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