Linux内核实时性能改进方案

中断是现代计算机中一项重要的功能。对于具有多个外部设备的计算机系统而言，中断更是不可或缺。Linux内核是一种分时系统，在实时应用方面还有待改进。文章将在分析中断机制的基础上提出一种改进Linux内核实时性能的方案。     

Linux操作系统实时性测试及分析

在特定平台上对Linux的实时性重要指标：中断响应和上下文切换开销加以测试并分析，为Linux嵌入式中的实时应用提供了依据。Linux中断响应与Linux内核机制和内存管理机制紧密相关，而Linux上下文切换开销与Linux进程空间和硬件平台情况紧密相关。     

Linux在保护模式下的中断处理分析

该文以80x86保护模式下的中断处理方法为基础,针对Linux在实时嵌入式系统中的具体应用,阐述Linux在保护模式下的中断及其中断响应处理过程,深入地分析Linux下的中断描述符初始化过程及中断处理程序的实现,最后通过Linux可加载内核模块编程对所作的分析进行验证。     

Linux嵌入式系统的实时性分析

嵌入式应用系统通常对实时性要求较高，Linux是一个通用操作系统，将它应用于嵌入式实时环境有许多缺点和不足。文章对Linux的分时特性作了分析，对Linux的中断延迟和上下文切换性能作了测试，指出造成实时性差的原因，最后提出了改善Linux嵌入式系统实时性的方案。     

Linux嵌入式系统实时性分析与实时化改进

对Linux的分时特性作了讨论，对Linux的中断延迟和上下文切换性能作了测试，指出造成实时性差的原因，并提出一些改善Linux嵌入式系统实时性的方案。测试结果表明，该改进方法是有效的。     

ARM Linux中断处理实时性能分析

ARM Linux被广泛地应用于嵌入式系统,但是ARM Linux的实时性能并不尽如人意。该文研究ARM Linux中断处理过程,分析了其实时性能,在Intel PXA255开发板DBPXA255上测试了各种负载情况下中断延迟,并就提高ARM Linux中断处理的实时性能提出建议。     

基于Linux内核的实时调度机制研究及实现

分析了Linux操作系统内核提供的软实时调度机制及其存在的问题，阐述了基于Linux内核构建实时Linux操作系统的技术方案。着重介绍了RTLinux实时内核的结构框架，并对RTLinux的中断处理机制与调度机制进行了设计与实现。     

应用中的嵌入式Linux实时优化

以Linux2.6为对象，在分析了国内外有关提高Linux实时性的几种方法的基础上，对任务切换、优先级调度算法以及中断服务程序提出了改进方式。引入了“在实时系统中，只有当进程的临界区能在下一个实时任务开始之前结束才被允许进入”的任务切换机制，实现了优先级置顶的方法以避免发生优先级倒置的现象，并用内核线程代替中断服务程序。上述方法可用在嵌入式领域和对实时性有较高要求的Linux应用中。     

Linux下有中断端点的USB设备驱动的实现

手写板是有中断端点的USB设备,为了在Linux下实现此类设备的驱动,分析了USB设备的基本概念和Linux设备驱动原理,对Linux下设备驱动程序的内部机制和框架构成进行了研究.在此基础上,提出了引入信号量机制控制内核线程同步的方法来实现read函数,进而设计出Linux下有中断端点的USB设备的驱动程序.通过编写应用程序和设计对比实验,证明了此驱动可以准确、高效地读写设备.与针对中断端点普遍采用的输入子系统方式相比,简化了程序设计,提高了系统效率.     

Linux下中断方式的设备驱动程序设计

中断处理是嵌入式Hnux操作系统的核心任务之一,提高应用程序效率的关键技术是在设备驱动程序中使用中断方式.本文介绍了ARM Linux中断处理过程,研究了Linux下设备驱动程序及其中断服务程序的开发方法和技巧,并实例介绍了键盘中断的服务程序开发方法.     

SPARC结构与实时内核的移植

窗口寄存器作为SPARC结构中一个重要的概念在进行基于SPARC结构的嵌入式实时系统移植时,需要在任务切换函数中进行与其相关的处理。本文简单介绍了SPARC的栈结构、寄存器窗口的相关操作,并以uC/OS的移植为例子,简单实现了切换函数以及系统时钟中断。     

硬件实时操作系统的设计与实现

在阐述了硬件实时操作系统的结构和运行机制的基础上,着重论述了基于FPGA设计实现的硬件实时操作系统,并在Actel公司的APA075上实现了任务调度、中断管理、定时器管理等实时操作系统基本功能。该硬件实时操作系统具有强实时性、高确定性和低系统开销等优点。     

基于ARM Cortex M4的MQX中断机制分析与中断程序框架设计

中断机制是决定RTOS实时性指标的核心机制.MQX是一个由Freescale维护、源代码公开、支持多任务的抢占式的RTOS,将会广泛用于ARM Cortex-M微处理器的应用中.MQX的中断机制具有实时响应、动态管理的特点.以ARM Cortex M4 Kinetis微控制器为蓝本,深入分析了MQX的中断顶半部和底半部的运行机理,提出了MQX的中断实时特性的评估算法,明确了程序时间的可控性.在此基础上,根据嵌入式软件工程的基本原理,不拘泥于传统程序结构设计方法,提出了一种MQX下中断程序框架及编程要素分布的基本原则,从而较好地满足了程序可复用性及可移植性要求.     

Implementation and evaluation of global and partitioned scheduling in a real-time OS

In this work, we provide an experimental comparison between Global-EDF and Partitioned-EDF, considering the run-time overhead of a real-time operating system (RTOS). Recent works have confirmed that OS implementation aspects, such as the choice of scheduling data structures and interrupt handling mechanisms, impact real-time schedulability as much as scheduling theoretic aspects. However, these studies used real-time patches applied into a general-purpose OS. By measuring the run-time overhead of an RTOS designed from scratch, we show how close the schedulability ratio of task sets is to the theoretical hard real-time schedulability tests. Moreover, we show how a well-designed object-oriented RTOS allows code reuse of scheduling components (e.g., thread, scheduling criteria, and schedulers) and easy real-time scheduling extensions. We compare our RTOS to a real-time patch for Linux in terms of the task set schedulability ratio of several generated task sets. In some cases, Global-EDF considering the overhead of the RTOS is superior to Partitioned-EDF considering the overhead of the patched Linux, which clearly shows how different OSs impact hard real-time schedulers.     

嵌入式系统开发的实时性能和可靠性探讨

为了理解RTOS如何通过系统调度策略实现实时性要求,通过描述嵌入式系统和实时系统的关键特性,探讨在硬件和软件组件的基础上开发嵌入式系统的解决方案,介绍抢占式调度、可抢占的内核、优先级继承和中断处理等概念.     

VxWorks下数据采集卡设备驱动程序开发

在Tornado环境下,开发了盛博ADT800数据采集卡在PC104下的VxWorks驱动程序。描述了嵌入式实时操作系统Vx-Works中的字符设备驱动体系结构,开发过程,驱动中的查询、中断模式。该驱动统一了编程接口,极大地方便了其它人员的进一步开发。     

实时嵌入式系统协调设计的行为验证模型

嵌入式系统协调设计中，通常采用协同验证方法检验系统设计的正确性，目前比较常用的验证手段有行为验证和基于处理器结构的指令集模拟．指令集模拟从底层时序关系模拟CPU功能，通过建立与硬件模拟器连结关系来验证软硬件接口．指令集模拟的主要特点是模拟精度高，但模拟速度慢，对于不同的CPU结构需要构造不同的指令集模拟器．文中研究一种基于RTOS实时嵌入式系统行为验证模型，通过扩展RTOS功能，建立RTOS软件模拟器，实现RTOS模拟器和VHDL／VerilogHDL协同模拟交互．RTOS模拟器把嵌入式软件功能代码、CPU接口代码以及定制硬件驱动代码分开，实现嵌入式软件设计与硬件平台的弱相关，从更高层次验证系统功能。     

嵌入式实时操作系统中对时钟中断服务程序的改进

在一般的嵌入式实时操作系统中，时钟中断服务程序在每个时钟节拍工作。在实际应用中，并不是每个时钟节拍都有任务调度，所以有很多时钟中断服务程序的工作是多余的，浪费了CPU资源。为了提高性能，文章提出了一种方法来改变这种情况。     

SystemC中抢占式进程调度的建模

近来用SystemC进行嵌入式软件建模研究非常活跃，目前尚不能用SystemC直接模拟嵌入式软件中常见的抢占式进程调度的行为。本文在详细的分析了SystemC模拟内核的基础上，提出将进程划分为一个一个不可分割的原子进程单元(APUs)，作为进程调度的最小单位，并构造出一个RTOS抽象层实现任务抢占、实时调度、中断处理等功能，用以实现抢占式进程调度行为的建模和验证。实例表明，采用文中提出的方法，设计者在系统抽象层就可以进行多任务系统的动态调度如中断、抢占的模拟和验证，有效地提高了设计能力。     

GEC架构下RTOS对外接口函数重映射机制

实时操作系统(RTOS)是嵌入式人工智能与物联网终端中重要工具, 不同的机构开发的RTOS其实时性、调度规则、任务间通信机制等稍有差异, 但基本要素相同. 基于通用嵌入式计算机(GEC)架构研究了RTOS在BIOS驻留方法及对外接口函数重映射机制, 以NXP的KL36芯片为例给出了mbedOS在BIOS中的驻留实现, 并给出对外接口函数重映射实例. 实践表明RTOS驻留在BIOS中, 不仅缩短了编译链接时间, 同时通过对外接口函数的重映射, 简化了对RTOS调度机制的理解, 降低了编程难度, 为有效地实现不同RTOS下应用程序的可移植性提供了技术基础.