嵌入式Linux实时性能优化文献综述.doc

嵌入式Linux实时性能优化研究文献综述 摘要：随着嵌入式应用越来越广泛，嵌入式操作系统受到极大的重视。尤其是在实时监控领域中，往往把嵌入式系统与计算机网络相结合起来，以完成实时网络测控。嵌入式设备自身资源有限，使得其不能像PC机那样完全依靠提高自身的性能来提高实时性，传统的网络技术把大量的时间花在保证数据传送的可靠性上，降低了数据传递的实时性，因此不能直接应用到嵌入式系统中来。实时性能的好坏是衡量一个嵌入式Linux系统性能的重要指标之一[1]，对嵌入式系统有着非常重要的意义。本篇文献综述主要围绕嵌入式Linux实时性能优化展开，系统全面的介绍了国内外当前嵌入式Linux实时性能优化的现状，并对其中存在的重要、前沿的问题做了详细的阐述。 关键词：嵌入式Linux，实时性，调度策略，抢占，数据流，多处理器 国内研究现状 随着计算机技术在各个领域的不断深入与发展，嵌入式系统在人们的生产生活中起着越来越重要的作用。早在二十世纪七八十年代就已经有嵌入式微处理器应用于工业控制等领域[]。随着对智能控制需求的不断增长，单纯的依靠从提高嵌入式微处理器的运算速度、可扩充能力、系统可靠性、功耗和集成度等方面来发展嵌入式系统已经不足够了，把网络技术与嵌入式系统结合起来组成分布式测控系统成了当今嵌入式系统发展的大方向。将各种各样的仪器、仪表、手机、信息家电等嵌入式设备通过网络连接起来以实现工业自动化、家庭自动化为人们的生产生活提供更便利的服务。 嵌入式实时技术是近年来发展最为迅猛、最受关注的一门新兴技术，也是当今中国IT领域最为热门的话题[]。随着计算机应用的普及、互联网技术的发展，全过程自动化产品制造、大范围电子商务活动、高度协同科学实验以及数字化家庭的兴起，大量的嵌入式设备被嵌入到人们的工作、生活空间中。目前，嵌入式应用市场广阔，主要应用在家用市场、通信市场、商业市场（流通、金融市场、证券市场）、国防建设以及工业及自控市场[]。 目前，国内主要有两种提高 Linux 实时性的技术方案：一个是双内核思想，即让标准 Linux 内核与实时内核共存在系统中。在标准 Linux 内核之上增加一个实时内核，让实时任务 在实时内核中运行，实时内核把标准 Linux 内核作为运行在它上面的优先级最低的一个任务；另一个是直接修改内核，比如对实时调度算法的改善、对中断机制的改善、对内 核同步机制的改善以及对 Linux 的时钟粒度的细化等[]。 国外研究现状 目前，国外不少大学、研究机构和知名公司加入了实时Linux的开发工作，较成熟的产品不断涌现，主要分为如下两种实时化方案。 双内核实时化方案 RT-Linux RT-Linux 是由美国新墨西哥州大学研制出来的实时操作系统。它是通过在标准Linux内核之上增加一个实时内核的方法来获得系统的实时性，标准 Linux 内核作为它在空闲时的一个优先级最低的任务来运行。为了使得系统的实时性要求得到满足，他们进行了以下改进[]： 对标准 Linux 内核进行改进，禁止其任意关中断 对时钟中断机制进行了改动 增加了实时任务调度算法 (4) 增加了进程之间的通信机制 RTAI RTAI 是指实时应用接口。由于 RT-Linux 在不同的 Linux 版本之间不易于移植，所以为了解决这个问题，RTAI被开发出来。RTAI修改 Linux/arch/i386 中与体系结构相关的代码，建立了一个实时硬件抽象层，RTHAL隔离了Linux与中断控制器，接管了所有的硬件中断，建立了软件模拟中断机制[]。经过这些改动以后，在实时任务需要运行的任何时刻，RTAI都可以中断 Linux 的运行，以此保证实时任务的优先运行[]。尽管引入了RTAI，但是Linux的功能并没有因此受到影响。Linux作为优先级最低的一个任务，只有在没有实时任务运行时，才允许被执行。正是由于RTHAL所提供的接口，实时内核和Linux内核才能进行高效地交互。 单内核实时化方案 Red-Linux Red-Linux 是美国加州大学Irvine分校研制出来的实时操作系统。在Linux内核中很好地融合了对实时调度支持的技术。它同时支持三种类型的进程调度算法：基于时间驱动的进程调度算法(Time-driven Scheduling)、基于优先级的进程调度算法(Priority-driven Scheduling)、基于共享 CPU 的进程调度算(Share-driven Scheduling)[1]。 Red-Linux 解决了Linux 进程在核心态不能被抢占的问题。通过把抢占点插入在内核服务函数中，使得处在核心态的进程也可以被抢占，从而系统的实时性得到了增强。除此以外，Red-Linux 还提高了时钟中断频率。 Kurt-Linux Kurt-Linux 是美