实时操作系统贵在实时

linux以其功能强大、支持多种硬件平台、模块化设计方案及丰富的开发工具支持等特点广泛应用在嵌入式系统领域作为嵌入式产品的操作系统平台
       linux具有较好的实时性、任务处理随机性但由于其在实时应用领域的技术障碍
       要应用在嵌入式领域
       还必须对linux内核作必要的改进本文首先分析了实时系统的特点和linux内核在实时应用方面的不足
       然后针对影响操作系统实时性能的若干方面进行研究
       提出解决方案

针对linux在实时应用中的技术障碍
       将linux改造成为支持实时任务的嵌入式操作系统
       主要从细化时钟粒度、可抢占式内核体系结构、中断软件模拟和实时任务的调度策略这四个方面对嵌入式linux内核进行研究
       并给出了相应的提高实时性的方法

s
       这种方式虽然会增加一些系统开销
       但在强周期性环境下
       对定时器的设置只需初始化一次
       在一定程度上保证了处理效率

通过直接修改内核定时参数hz的初值来细化时钟粒度
       如将标准linux中内核定时参数hz改为
       则时钟粒度可以达到100

1．硬实时系统：要求可确定性强
       具有明确的实时约束
       在某个限定的时刻之前不能完成任务将造成灾难性的后果因此
       在这类系统的设计和实现过程中
       应采用各种分析、模拟及形式化验证方法对系统进行严格的检验
       以保证在各种情况下应用的时间需求和功能需求都能够得到满足

在linux内核中影响实时性的地方增加控制点
       使内核在控制点可以被抢占
       减少内核抢占延迟

5．linux虽然给实时进程提供了较高的优先级
       但是没有加入时间限制例如：完成的最后期限、应在多长时间内完成、执行周期等等同时
       其他大量的非实时进程也可能对实时进程造成阻塞
       无法确保实时进程的响应时间

论文摘要：通过分析嵌入式linux在实时性方面的缺陷和不足
       针对细化时钟粒度、可抢占式内核体系结构、中断软件模拟和实时调度策略等问题进行研究
       提出了相应的实时性改进方法及宏观调度结构
       拓展了实时系统的应用范围

1．linux的内核是不可抢占的linux分为用户态和核心态两种模式
       当进程运行在用户态时
       可被优先级更高的进程抢占
       但当它进入核心态时
       其他用户态进程优先级再高也不能抢占它
       这将导致优先级逆转
       实时任务执行时间的不确定性
       显然不能满足硬实时应用的要求

3．linux采用对临界区操作时屏蔽中断的方式
       在中断处理中是不允许进行任务调度的
       从而抑制了系统及时响应外部操作的能力

2．linux系统时钟精度太过粗糙时钟管理是操作系统的脉搏
       任务的执行和中止在很多情况下都是由时钟直接或间接唤起的
       它是进程调度的重要依据linux的周期模式定时器频率仅为100hz
       使得其时间粒度过大
       加大了任务响应延迟
       远不能满足实时应用的要求

论文网8200余万篇毕业论文、各种论文格式和论文范文以及9千多种期刊杂志的论文征稿及论文投稿信息
       是论文写作、论文投稿和论文发表的论文参考网站
       也是科研人员论文检测和发表论文的理想平台
       

2．软实时系统：也对时间敏感
       当某些应用虽然提出了时间要求
       但偶尔发生不能满足严格实时要求的情况也是允许的因此
       某些应用虽然提出了时间需求
       但实时任务偶尔违反这种需求对系统的运行以及环境不会造成严重影响

实时操作系统贵在实时
       要求在规定的时间内完成某种操作因此实时系统最重要的特点就是实时性
       即系统的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果的正确性
       还取决于输出结果时间的及时性从这个角度看
       实时系统是“一个能够在指定或者确定的时间内完成系统功能和对外部环境做出响应的系统”按对实时性能要求的程度
       实时系统可分为两类：

通过对可编程中断定时器8254或先进的可编程中断控制器进行编程来改进linux时钟机制
       使毫秒级的粗粒度定时器变成微秒级的细粒度定时器

尽管linux本身提供了一些支持实时性的机制
       但是由于其最初的设计目标为通用分时操作系统
       并且linux系统是以高的吞吐量和公平性为追求目标
       基本上没有考虑实时应用所要满足的时间约束
       它只是提供了一些相对简单的任务调度策略因此
       实时性问题是将linux应用于嵌入式系统开发的一大障碍
       无法在硬实时系统中得到应用
       作为一个实时操作系统
       linux仍然存在如下缺陷：

标准linux内核是不可抢占的
       导致较大的延迟
       增强内核的可抢占性能
       可提高系统内核对实时任务的响应能力为了解决linux实现硬实时的最大障碍
       使linux内核成为完全可被抢占实时内核
       典型的实现方案是双核结构使用实时核来运行实时任务
       linux内核来运行非实时任务

精确的计时是实时调度器正确操作所必须的
       调度器通常要求在一个特定的时刻进行任务切换
       计时的错误将导致背离计划的调度
       引起任务释放抖动标准linux系统时钟精度太过粗糙
       时钟中断周期为10ms
       不能满足特定嵌入式应用领域中对于响应时间精度的要求因此
       在实时linux应用中
       需要细化其时钟粒度
       具体有两种方式可以解决时钟粒度问题：