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。

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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