幾種基于Linux的硬實時解決方案

Linux系統(tǒng)作為一個GPOS（通用操作系統(tǒng)）發(fā)展至今已經(jīng)非常成熟可靠了，并且由于遵循GPL協(xié)議，開放所有系統(tǒng)源代碼，非常易于裁剪。更重要的是，與其他開源的GPOS或RTOS相比，Linux系統(tǒng)支持多種處理器、開發(fā)板，提供多種軟件開發(fā)工具，同時Linux系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)和圖形界面的支持非常出色。顯然，選擇Linux操作系統(tǒng)在產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本控制方面都有巨大優(yōu)勢。

雖然Linux系統(tǒng)功能強大、實用性強、易于軟件的二次開發(fā)，并且提供編程人員熟悉的標(biāo)準(zhǔn)API。但是由于Linux系統(tǒng)一開始就被設(shè)計成GPOS（通用操作系統(tǒng)），它的目的是構(gòu)建一個完整、穩(wěn)定的開源操作系統(tǒng)，盡量縮短系統(tǒng)的平均響應(yīng)時間，提高吞吐量，注重操作系統(tǒng)的整體功能需求，達到更好地平均性能。所以標(biāo)準(zhǔn)Linux并不提供硬實時性。

為解決linux不具有硬實時的問題，誕生了幾種基于Linux的硬實時解決方案，分為兩類：

1)直接修改Linux內(nèi)核源代碼。

對Linux內(nèi)核代碼進行細微修改并不對內(nèi)核作大規(guī)模的變動，在遵循GPL協(xié)議的情況下，直接修改內(nèi)核源代碼將Linux改造成一個完全可搶占的實時系統(tǒng)。其缺點是：通過修改Linux內(nèi)核，難以保證實時進程的執(zhí)行不會遭到非實時進程所進行的不可預(yù)測活動的干擾。該方法的代表是RT-patch(Real Preemption Patch)。

2)雙內(nèi)核法。

添加一個實時內(nèi)核，在內(nèi)核空間與linux內(nèi)核并存，把標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核作為一個普通進程在實時內(nèi)核上調(diào)度。其優(yōu)點是可以做到硬實時，并且能很方便地實現(xiàn)一種新的調(diào)度策略。常用的雙內(nèi)核法有RT-Linux、RTAI(Real-Time Application Interface)和 Xenomai。

雙核法具有較好的實時性。RT-Linux最早出現(xiàn)，開創(chuàng)了雙核法的先河，是雙核法的代表?；谝环N成為實時硬件抽象的層技術(shù)RTHAL(Real Time Hardware Abstraction Layer)，且為該技術(shù)申請了專利，后RT-Linux被WindRiver 收購并商業(yè)化，WindRiver于2011年8月徹底停止對其更新和維護,現(xiàn)在 RT-linux 已經(jīng)不再更新。

xenomai和RTAL同樣借鑒RT-Linux，Xenomai項目始于2001年8月，Philippe Gerum是Adeos和Xenomai項目的創(chuàng)始人和維護者。2003年它和RTAI項目合并推出了RTAI/fusion。RTAI/fusion是Linux平臺上的具有工業(yè)生產(chǎn)級別的實時自由軟件開發(fā)平臺，它基于Xenomai的抽象實時操作系統(tǒng)內(nèi)核。2005年的時候RTAI/fusion項目又從RTAI中獨立出來作為Xenomai項目。

雖然xenomai和RTAL這兩個項目基于同一本質(zhì)的實時硬件抽象層技術(shù)ADEOS（Adoptive Domain Environment for Operating System），但是實際上他們有很多不同之處。這些不同之處主要是由他們不同的目標(biāo)和各自不同的實現(xiàn)方式造成的。RTAI項目致力于技術(shù)上可行的最低延遲；Xenomai除此之外還很看重擴展性，可移植性以及可維護性。Xenoami項目不僅提供雙核還對PREEMPT RT實時搶占補丁提供支持，這又是與RTAI項目的一個顯著的不同。

另外RT-Linux只允許以內(nèi)核模塊的形式提供實時應(yīng)用；xenomai 更注重用戶空間應(yīng)用的實時性。

幾種linux實時方案對比如下表--Linux實時性改造優(yōu)缺點對比。

綜上，從實時性、硬件支持、社區(qū)活躍度、API和商業(yè)版權(quán)等方面綜合考慮，xenomai無疑是Linux實時操作系統(tǒng)最好的選擇。

審核編輯 ：李倩