基于单触发时钟的嵌入式Linux实时技术研究与优化

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1、国防科学技术大学研究生院硕士学位论文摘要近年来，嵌入式系统在军事、工业、航天等重要领域得到了广泛应用，同时这些领域对系统的实时性也提出了越来越高的要求。相对于其它嵌入式操作系统，Linux具有开放源代码、可裁剪、性能稳定、可靠性高、支持SMP体系结构等特点，目前基于Linux的嵌入式系统应用案例越来越丰富。本文对嵌入式Linux中的时钟机制、计时系统、时间戳系统、定时器系统以及调度框架和调度算法进行了深入的分析。在此基础上，针对嵌入式Linux在实时性能上所面临的问题，基于单触发时钟对其进行了实时优化。在时钟系统方面，本文首先实现了单触发时钟，并基于单触发时钟设计了资源控制器O

2、TI比(One．shotTimerBasedResourceController，OTRC)。OTRC主要用于管理系统中的资源(如CPU等)，并根据具体的实时需求来控制时钟中断的时间。另外，改造了计时系统，保证了系统在单触发时钟下计时的正确性。在定时器系统方面，设计了高精度定时器系统。该系统基于OTRC对定时器队列的管理，可以得到微秒级的时钟精度。另外利用时间戳计数器设计了细粒度的时间戳系统，为高精度定时器系统提供了准确的时间度量。改造后的高精度定时器系统能够达到微秒级的定时精度。在调度算法上，提出了OBED(OTRCBasedEDFScheduling，OBED)实时调度算法

3、，并设计了新的实时调度框架。该框架将实时进程和非实时进程分开管理，对实时进程使用EDF调度算法，而对非实时进程使用Linux原有的调度算法，并利用OTRC对进程的执行进行管理和控制。OBED算法综合了两种算法的优点，既能够保证实时进程的时间约束条件，又可以提高非实时进程的性能，达到了提高系统吞吐率的目的。最后，本文在PowerPC嵌入式平台上实现了单触发时钟系统、细粒度时间戳系统、OTI汇资源控制器和高精度定时器系统，并实现了OBED实时调度框架的原型系统。测试结果显示，改进后的系统在实时性方面有了很大的提高。主题词：嵌入式LinLIX，实时，单触发时钟，高精度定时器，实时调度

4、算法，PowerPC第i页国防科学技术大学研究生院硕士学位论文ABSTPACTInrecentyears．embeddedsystemshavebeenwidelyappliedinthemilitary,industrial，aerospaceandotherimportantareas．Atthesametime，thereal-timealSOraisedhigherandhigherrequirementsintheseareas．Comparedwithotherembeddedopermingsystems，LinuxhasmanyadvantageswhichCa

5、nbecutting，stableperformance，highreliability。supportforSMParchitecture，andSOon．Inviewofthese，thisarticleemphasizesonhowtoimprovetherealtimetechnologyofembeddedLinux．TlliSPaperhasdeeplyaIlalysisedtheclockmechanism，timingsystem，timestampsystem，timersystem，scheduler，andschedulingalgorithm．Theni

6、tpresentsthecorrespondingsolutionsagainstthesekeyproblemsbasedontheone．shottimerforembeddedreal．timeLinux．Intheclocksystem．thisarticledesignstheresourcecontrollerOTI犯(One．shotTimerBasedResourceController，0TRC)basedontheone．shottimer．OTl地isusedtocontroltheinterruptoftheone．shotclock，managethe

7、resourceinthesystem．andcontroltheone．shotclockaccordingtothespecificneedsofreal．timerequjirements．Inordertomaintaintheaccuracyoftiming，thetimingsystemisrebuilt．Inthetimersystem，thehighresolutiontimeriSdesigned．ThelligllresolutiontimersystemCanrequi