Linux内核实时性以及网络实时性的研究

摘要

在电力系统以及其他的工业控制领域，实时操作系统具有广阔的应用前景。传统的实时操作系统由于相对高昂的费用和应用程序的相对缺乏，限制了自身的应用范围。作为一个开源操作系统，Linux在服务器和桌面端积累的应用优势和免费的特性，为自身进入嵌入式实时操作系统领域铺平了道路。但作为通用操作系统开发的Linux却在实时性能上有固有的缺陷。
　　本文通过对Linux系统的分析，说明了Linux不能达到实时性的原因。在对比了三类Linux实时化改进方案后，选择了双内核的Xenomai作为主要研究对象，分析了Xenomai对为了应对实时任务所作出的改进。分别在x86和ARM两种嵌入式平台上，基于Xenomai对Linux进行了实时化改造和可用性测试。
　　在项目来源企业毫秒级任务响应时限的前提下，针对 Xenomai的实时任务处理方式设计了一种应用测试模型。在该测试模型的实现中使用Xenomai的实时API，完成了典型实时驱动以及其它测试程序的编写，测试并验证了Xenomai的实时性能。为了满足实时网络通信的要求，通过对Xenomai下实时网络应用RTnet的研究，使用RTnet对Linux进行了网络实时化改造。通过与普通Linux的对比测试，验证了Xenomai的网络实时性能。
　　本文关于Linux内核实时性和网络实时性的研究工作，为采用Linux操作系统的工业应用提供了有效的实时化改进途径。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 本文研究的背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第二章 实时操作系统以及实时Linux概述

2.1 实时操作系统

2.2 标准Linux内核制约实时性的因素

2.3 Linux实时化方案

2.4 本章小结

第三章 实时内核改造方案Xenomai分析

3.1 Xenomai简介

3.2 Xenomai的优势和选择Xenomai的原因

3.3 操作系统可适应域环境

3.4 Adeos与Xenomai

3.5 本章小结

第四章 基于Xenomai的实时内核改造

4.1平台说明

4.2 MITX-6854平台内核改造移植过程

4.3 树莓派内核改造移植过程

4.4 可用性测试

4.5 本章小结

第五章 乒乓测试模型

5.1模型的提出

5.2 PING模块

5.3 PONG模块

5.4 压力测试

5.5 测试结果及分析

5.6 本章小结

第六章 基于RTnet的实时网络改造

6.1 实时网络改造

6.2 实时网络测试

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文工作总结

7.2 未来工作展望

参考文献

附录1 程序清单

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢