嵌入式Linux实时化技术

　　引言

　　Linux支持PowerPC、MIPS、ARM、DSP等多种嵌入式处理器，逐渐被用于多种关键性场合。其中实时多媒体处理、工业控制、汽车电子等特定应用对Linux提出了强实时性需求。Linux提供了一些实时扩展，但需要进行实时性改造。本文针对嵌入式Linux实时化技术中的一些关键问题进行了讨论，如Linux内核时延，实时化主流技术方案及其评价等。

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　　Linux内核时延

　　主流Linux虽然部分满足POSIX 1003.1b实时扩展标准，但还不完全是一个实时操作系统，主要表现为：

　　● 任务调度与内核抢占

　　2.6版本内核添加了许多抢占点，使进程执行在内核代码时也可被抢占。为支持内核代码可抢占，在2.6版内核中通过采用禁用中断的自旋锁来保护临界区。但此时如果有低优先级进程在临界区中执行，高优先级进程即使不访问低优先级所保护的临界区，也必须等待低优先级进程退出临界区。

　　● 中断延迟

　　在主流Linux内核设计中，中断可以抢占最高优先级的任务，使高优先级任务被阻塞的最长时间不确定。而且，由于内核为保护临界区需要关闭中断，更加增长了高优先级任务阻塞时间。

　　● 时钟精度

　　Linux通过硬件时钟编程来产生毫秒级周期性时钟中断进行内核时间管理，无法满足实时系统较高精度的调度要求。内核定时器精度同样也受限于时钟中断，无法满足实时系统的高精度定时需求。

　　● 其他延迟

　　此外，Linux内核其他子系统也存在多种延迟。比如为了增强内核性能和减少内存消耗，Linux仅在需要时装载程序地址空间相应的内存页。当被存取内容(如代码)不在RAM中则内存管理单元(MMU)将产生页表错误(Page-Fault)触发页面装载，造成实时进程响应时间不确定。

　　Linux实时化技术发展

　　主流Linux内核1.x、2.2.x和2.4.x版本的Linux内核无抢占支持，直到2.6版本的Linux内核才支持可抢占内核，支持临界区外的内核抢占和可抢占的大内核锁。在此基础上，Linux采用了下列两类实时化技术。