【摘要】：伴隨著SoC技術(shù)的不斷發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在社會(huì)生活中的各個(gè)領(lǐng)域。在機(jī)器人控制領(lǐng)域中,機(jī)器人系統(tǒng)對實(shí)時(shí)響應(yīng)、信息處理、復(fù)雜姿態(tài)運(yùn)算等要求不斷提高。由于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)制作工藝不斷提升,各種先進(jìn)架構(gòu)的嵌入式處理器紛紛涌現(xiàn),在硬件基礎(chǔ)上為系統(tǒng)的運(yùn)行速度提供了保證。同時(shí),各種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和針對操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化改造技術(shù)不斷發(fā)展成熟,這些都為開發(fā)適合應(yīng)用在機(jī)器人控制領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的硬件和軟件基礎(chǔ)。 本課題選用Xenomai技術(shù)方案對Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)化改造,分別在兩種硬件實(shí)驗(yàn)平臺上搭建Xenomai/Linux雙內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)并進(jìn)行了基本實(shí)時(shí)性能測試和實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)調(diào)用,為后續(xù)的機(jī)器人控制系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)打下基礎(chǔ)。 首先,本文立足于建立具有良好開放性、工業(yè)級實(shí)時(shí)性能、較強(qiáng)兼容性的實(shí)時(shí)機(jī)器人控制操作系統(tǒng)的目標(biāo),通過對新的Linux2.6版本內(nèi)核的優(yōu)劣勢的分析,對比確立了雙內(nèi)核Linux實(shí)時(shí)改造方法的可行性。在雙內(nèi)核Linux實(shí)時(shí)改造方法中,Xenomai技術(shù)解決方案以其鮮明的特點(diǎn),均衡的性能優(yōu)勢,廣泛支持多種平臺上的Linux實(shí)時(shí)化改造。改造完成后的Xenomai/Linux雙內(nèi)核實(shí)時(shí)系統(tǒng),克服了傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的封閉性高、兼容性差和價(jià)格高昂的劣勢,為實(shí)時(shí)系統(tǒng)在機(jī)器人控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 其次,研究了在通用x86計(jì)算機(jī)平臺上搭建Xenomai/Linux雙內(nèi)核實(shí)時(shí)系統(tǒng)的過程。通過x86平臺上的補(bǔ)丁安裝、內(nèi)核配置以及編譯,深入了解Xenomai技術(shù)方案在配置過程中的參數(shù)設(shè)置要求、設(shè)置沖突解決方案以及開發(fā)應(yīng)用的參數(shù)預(yù)設(shè)置等,為在OMAP平臺上的移植積累了經(jīng)驗(yàn)。 然后,完成了OMAP3530開發(fā)平臺上的Xenomai/Linux雙內(nèi)核實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的安裝和移植。針對特定開發(fā)板定制的Linux內(nèi)核的實(shí)時(shí)化改造,操作過程與x86計(jì)算機(jī)平臺下基本類似。在該系統(tǒng)中嘗試建立了基于SD卡的實(shí)時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)方式,熟悉了SD卡上的雙文件系統(tǒng)分區(qū)建立以及初始化等實(shí)現(xiàn)原理,為機(jī)器人控制應(yīng)用中的系統(tǒng)更新升級提供了一種解決方案。 最后,對x86通用計(jì)算機(jī)平臺和OMAP3530平臺上的Xenomai/Linux雙內(nèi)核實(shí)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行了基本的實(shí)時(shí)性能測試,同時(shí),完成了雙內(nèi)核實(shí)時(shí)系統(tǒng)下的實(shí)時(shí)串口驅(qū)動(dòng)調(diào)用。實(shí)時(shí)性能測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,在改造完成后的Xenomai/Linux雙內(nèi)核實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,無論是用戶空間的任務(wù)調(diào)度延遲還是內(nèi)核空間的任務(wù)調(diào)度以及中斷調(diào)度延遲,都具有微秒級的實(shí)時(shí)響應(yīng)性能,完全能夠達(dá)到當(dāng)前的機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制要求。
【圖文】：

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文在接口(Interface)選項(xiàng)中，根據(jù)后續(xù)測試的需要，，開啟R丁Al的仿真模式如圖3.8所示。燕赫導(dǎo)磊扁贏;、礴寡硫走豪幕瓤贏贏壽續(xù)巍癖瓤堿熟躲鑫瓤巍森巔巍撇瓤艷麟羹黔毓磊贏{易癡痣李鑫;慕添啼嘛;癲{攘驪file旦dit勸ew介「m舊aITa妙匕elp圖3.8開啟RTAI的仿真模式4)Xenomai的配置完畢，保存相應(yīng)的修改并退出到主界面下。由于PC平臺使用Intel奔騰4單核處理器，在進(jìn)行配置時(shí)，對處理器類型和特征 (Processortypeandfeatures)選項(xiàng)要進(jìn)行細(xì)心設(shè)置，否則，會(huì)導(dǎo)致實(shí)時(shí)程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題。需要設(shè)置為支持狀態(tài)的選項(xiàng):中斷管線 (Intemiptpipeline):此項(xiàng)保證Adeos中斷管道的安裝啟用;本地先進(jìn)可編程中斷控制器對單核處理器的支持 (LocalAPJCsupportonuniProcessors):開啟內(nèi)嵌的可編程中斷控制器為CPU自身產(chǎn)生中斷請求;輸入輸出口先進(jìn)可編程中斷控制器對單核處理器的支持(IO一 APICsuPport onuniProcessors):開啟輸入輸出口高級可編程中斷控制器為CPU產(chǎn)生中斷信號。此外，需要特別指出的是，只有在對稱的多處理任務(wù)支持(Symmetricmulti一 Processingsupport)配置為無效的前提下，才能進(jìn)行配置本地先進(jìn)可編程中斷控制器對單核處理器的支持與輸入輸出口先進(jìn)可編程中斷控制器對單核處理

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文目標(biāo)板的核心處理器是由美國德州儀器(TexaSInstrumentS)公司生產(chǎn)的雙核心處理器0MAP3530，其基于65nm制作工藝，內(nèi)部包含一顆600MHz的ARMeortexTM一As內(nèi)核和一顆43oMHz的TMs32oe64x+TMDsP內(nèi)核。其中，ARM內(nèi)核具有16kB的I一Caehe和16kB的D一Caehe，256kB的二級緩存，片上的存儲包括64kBSRAM和112kBROM，其性能大約為同頻率的ARMll的2一3倍。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP242;TP368.1

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本文編號：2700680