【摘要】：實時操作系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的靈魂，它已經廣泛應用在通信、工業(yè)控制、軍事國防等對實時性要求比較高的嵌入式領域。通用操作系統(tǒng)僅注重系統(tǒng)的平均性能。對于整個系統(tǒng)來說，所有任務的平均響應時間是關鍵。與通用操作系統(tǒng)相比，實時操作系統(tǒng)的正確性不僅取決于計算的邏輯結果，而且還取決于計算結果產生的時間。作為開源的軟件之一，Linux操作系統(tǒng)以其源代碼公開、完全免費、兼容Unix、網絡功能強、內核可裁剪、支持多種體系結構、性能穩(wěn)定等優(yōu)點正順速地進入嵌入式實時系統(tǒng)領域。雖然Linux2.6提供了一些對實時處理的支持，如O(1)調度器、可搶占式內核等，但是它畢竟是一個分時操作系統(tǒng)，還是不能滿足大多數嵌入式實時系統(tǒng)的要求。因此，為了讓Linux操作系統(tǒng)滿足嵌入式系統(tǒng)對實時性的要求，必須對Linux2.6內核進行實時優(yōu)化。 以Linux2.6內核為研究的基礎，，本文對Linux2.6內核的時鐘機制、進程調度機制、內核同步機制等進行了深入的分析。為了提高系統(tǒng)的實時性，本文提出了兩種改進方案。針對Linux2.6內核的時鐘粒度過粗的問題，提出一種基于APIC時鐘的Linux實時化改進方案，通過對APIC時鐘進行較少的改動，使得系統(tǒng)達到了微秒級的時鐘精度。針對Linux2.6內核中存在大量的自旋鎖保護的臨界區(qū)不能被搶占的問題，提出一種在內核中用互斥鎖替換自旋鎖的方案，使得實時任務可以得到及時的響應，提高了系統(tǒng)的實時性。 最后，通過測試，經過兩種改進方案后的Linux2.6內核在實時性方面有了較大的提高，更能滿足嵌入式系統(tǒng)的實時要求。
[Abstract]:Real-time operating system (RTOS) is the soul of embedded system. It has been widely used in embedded fields such as communication, industrial control, military defense and so on. The general operating system only pays attention to the average performance of the system. The average response time for all tasks is critical for the system as a whole. Compared with the general operating system, the correctness of the real-time operating system depends not only on the logical result of the calculation, but also on the time when the result is generated. As one of the open source software, the Linux operating system has the advantages of open source, free of charge, strong compatibility with Unix, network, clipping kernel, supporting various architectures, stable performance and so on. Although Linux2.6 provides some support for real-time processing, such as O (1) scheduler, preemptive kernel and so on, it is a timesharing operating system and can not meet the requirements of most embedded real-time systems. Therefore, in order for the Linux operating system to meet the real-time requirements of embedded systems, the Linux2.6 kernel must be optimized in real time. Based on the research of Linux2.6 kernel, this paper analyzes the clock mechanism, process scheduling mechanism and kernel synchronization mechanism of Linux2.6 kernel. In order to improve the real-time performance of the system, this paper proposes two improved schemes. In order to solve the problem that the clock granularity of Linux2.6 kernel is too coarse, an improved Linux real-time scheme based on APIC clock is proposed. By making less changes to APIC clock, the system achieves the clock precision of microsecond level. In order to solve the problem that a large number of critical areas of spin lock protection can not be preempted in Linux2.6 kernel, a scheme of replacing spin lock with mutex in kernel is proposed, so that the real-time task can get timely response. The real-time performance of the system is improved. Finally, through the test, the Linux2.6 kernel after two improved schemes has been improved greatly in real time, which can meet the real-time requirements of embedded system.
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP316.81;TP368.1

【參考文獻】

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本文編號：2385663