機(jī)器人實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的研究

　　實(shí)時(shí)系統(tǒng)是能夠在確定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行計(jì)算或處理事務(wù)并對(duì)外部事件作出響應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制來說，實(shí)時(shí)性是一個(gè)相當(dāng)重要的內(nèi)容，尤其是在遠(yuǎn)程機(jī)器人控制中，如果不能很好地滿足系統(tǒng)所需的實(shí)時(shí)性要求，就失去了研究的基礎(chǔ)和意義。當(dāng)前專用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)很多，但是遺憾的是它們的價(jià)格高昂，增加了開發(fā)成本。在考慮實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)核心的性能之外，更應(yīng)該對(duì)開發(fā)工具、編譯器、調(diào)試器之類的開發(fā)環(huán)境進(jìn)行全面考慮，尤其是隨著應(yīng)用的不斷升級(jí)，要求實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持各類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和編程語言，系統(tǒng)的通用性和可移植性也應(yīng)當(dāng)列入考慮的范圍內(nèi)。于是力求尋找一種高性能的、低價(jià)的甚至是免費(fèi)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，且功能必須完備，通用性必須強(qiáng)。RT—Linux與Linux的結(jié)合是一項(xiàng)比較新穎的技術(shù)，一方面它提供了面向非實(shí)時(shí)的POSIX．1的標(biāo)準(zhǔn)功能，另一方面又提供了非常高效的滿足底層硬件設(shè)備的實(shí)時(shí)性能需要。這種實(shí)現(xiàn)方法可以充分利用Linux的強(qiáng)大功能和RT—Linux的實(shí)時(shí)性能。而且RT—Linux是免費(fèi)的，完全開放源代碼，可降低開發(fā)成本，適用范圍廣泛。

　1 RT-Linux的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　RT-Linux的基本思想就是使Linux運(yùn)行在實(shí)時(shí)核心之下，見圖1。RT—Linux是一個(gè)可加載的核心模塊。一個(gè)小的RT-Linux實(shí)時(shí)內(nèi)核同原來的Linux內(nèi)核共同控制處理器。實(shí)時(shí)內(nèi)核直接管理硬件中斷，因此實(shí)時(shí)內(nèi)核操縱著機(jī)器的響應(yīng)時(shí)間，原來的Linux就無法影響實(shí)時(shí)任務(wù)了。在RT- Linux中設(shè)計(jì)了兩類中斷。軟中斷是正常的Linux中斷，硬中斷則是真正的實(shí)時(shí)中斷，執(zhí)行時(shí)幾乎沒有任何延遲。實(shí)現(xiàn)時(shí)，RT-Linux是通過在 Linux核心和中斷處理器之間設(shè)計(jì)一個(gè)仿真軟件來達(dá)到其目的的。

　　實(shí)時(shí)中斷不經(jīng)過中斷仿真器，標(biāo)準(zhǔn)Linux的所有硬件中斷首先被中斷仿真器捕獲，所以也根本無法影響實(shí)時(shí)進(jìn)程的處理。當(dāng)實(shí)時(shí)內(nèi)核禁止中斷時(shí)，仿真器中的一個(gè)標(biāo)志位被置0。當(dāng)有其它非實(shí)時(shí)中斷產(chǎn)生時(shí)，仿真器檢查那個(gè)標(biāo)志位，如果為0，說明不允許中斷，否則可以立即執(zhí)～Linux中斷處理程序。筒而言之，Linux不能中斷自身，但是RT-Linux可以中斷Linux，這也就達(dá)到了所謂的”RT—Linux的核心可搶占機(jī)制”。實(shí)時(shí)任務(wù)與普通進(jìn)程之間的通信是通過封鎖，釋放隊(duì)列來完成的。具體地說就是當(dāng)有實(shí)時(shí)任務(wù)要完成時(shí)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)內(nèi)核下的任務(wù)；當(dāng)沒有實(shí)時(shí)任務(wù)時(shí)，實(shí)時(shí)內(nèi)核調(diào)度 Linux運(yùn)行。所以Linux是實(shí)時(shí)內(nèi)核中優(yōu)先級(jí)最低的一個(gè)任務(wù)。