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嵌入式Linux内核 实时性研究 姓名： 专业： 学号： 嵌入式Linux内核实时性研究 摘要 在嵌入式技术迅速普及的今天，Linux 操作系统，由于其开放源代码、高稳定性和低成本等特性，非常适合于嵌入式系统的开发，成为了嵌入式领域里发展最快的操作系统。改进通用 Linux 操作系统的实时性能，使其更加适应嵌入式的应具有很大的实际意义，目前己经成为国内外计算机界的研究热点之一。 嵌入式 Linux 实时性研究，介绍了对 Linux 实时性的研究工作，对实时系统、实时操作系统及衡量实时操作系统重要指标以及对Linux内核的分析阐述。 关键词：嵌入式Linux，实时性 目录 摘要 1 1实时系统概述 3 1.1实时系统 3 1.2实时操作系统（RTOS） 4 1.3有关 RTOS 的重要概念 5 1.4衡量 RTOS 实时性能的重要指标 6 1.5Linux内核 8 1实时系统概述 1.1实时系统 实时系统在工业、商业和军事等领域都有非常广泛的用途，并且己经有很多实际的 应用。一般来说，实时系统通常是比较复杂的，因为它必须处理很多并发事件的输入数据流，这些事件的到来次序和几率通常是不可预测的，而且还要求系统必须在事先设定好的时限内做出相应的响应。那么，是不是响应时间在多少毫秒或多少微秒以内的系统就是实时系统，而超出这个时限的就不算呢？事实上，实时系统并非是指“快速”的系统，实时系统有限定的响应时间，从而使系统具有可预测性[]。 实时系统与其他普通的系统之间最大的不同之处就是要满足处理与时间的关系。在实时计算中，系统的正确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果，而且依赖于结果产生的时间。对于实时系统来说最重要的要求，就是实时操作系统必须有满足在一个事先定义好的时间限制中对外部或内部的事件进行响应和处理的能力。 因此，实时系统可以定义为“一个能够在事先指定或确定的时间内完成系统功能和对外部或内部，同步或异步时间作出响应的系统”。 实时系统又可以分为“硬实时系统”和“软实时系统”[]。硬实时和软实时的区别 就在于对外界的事件做出反应的时间。硬实时系统必须是对及时的事件做出反应，绝对不能错过事件处理的deadline情况。在硬实时系统中如果出现了这样的情况就意味着巨大的损失和灾难。比如说核电站中的堆芯温度控制系统，如果没有对堆芯过热做出及时的处理，后果不堪想象。软实时系统是指，如果在系统负荷较重的时候，允许发生错过deadline 的情况而且不会造成太大的危害。比如说程控电话系统允许在105个电话中有一个接不通。 实时系统具有以下一些特性，从而区分于其他系统： 嵌入性：实时系统通常是嵌入式的系统，也就是由封装好的软件系统控制与其相关的硬件。 交互性：实时系统通常需要与外部环境进行交互，例如，可以控制机器及生产过程，或者监控化学反应并随时汇报危急情况，这种情况通常需要从外部接收数据并提供输出和控制外部环境。 “反应”性：很多实时系统都是“反应”的系统，也就是说，由事件驱动并且必须对外界事件进行响应。 并发性：绝大多数实时系统的一个重要特点是并发处理，通常，事件发生的顺序是不.IJ 预测的。 1.2实时操作系统（RTOS） 实时操作系统是指具有实时性，能支持实时控制系统工作的操作系统。实时操作系 统的首要任务是调动一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才着眼于提高计算机系统的工作效率，其重要特点是通过任务调度来满足对于重要事件在规定时间内作出正确的响应。 实时操作系统(RTOS)是嵌入式应用软件的基础和开发平台。RTOS是一段嵌入在目标代码中的软件，用户的其他应用程序都建立在RTOS之上。不但如此，RTOS 还是一个可靠性和可信性很高的实时内核，将CPU时间、中断、I/0、定时时器等资源都包装起来，留给用户一个标准的 API，并根据各个任务的优先级，合理地在不同任务之间分配 CPU 时间。 实时操作系统(RTOS)的研究是从六十年代开始的。从系统结构上看，实时操作系统 到现在己经历了如下三个阶段[]: 早期的实时操作系统 早期的实时操作系统，还不能称为真正的实时操作系统，它只是小而简单的、带有一定专用性的软件，功能较弱，可以认为是一种实时监控程序。这个时期，应用程序、实时监控程序和硬件运行平台往往是紧密联系在一起的。 专用实时操作系统 随着应用的发展，早期的实时操作系统己越来越显示出明显的不足。有些实时系统的开发者为了满足实时应用的需要，自己研制与特定硬件相匹配的实时操作系统。它一般只应用于特定的硬件环境，且缺乏严格的评测。移植性也不太好。 通用实时操作系统 在各种专用实时操作系统中，一些多任务的机制如基于优先级的调度、实时时钟管理、任务间的通信、同步互斥机构等基