LINUX在ARM9上的移植及其在数控系统应用中的实时性研究

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嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础、软硬件均可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。其发展已有二十多年的历史,国际上也出现了一些著名的嵌入式操作系统,如:VxWorks、Palm OS、Windows CE等等,但这些操作系统均属于商品化产品,价格昂贵且由于源代码不公开导致了诸如对设备的支持,应用软件的移植等一系列的问题。而Linux作为一种优秀的Free OS,近几年在嵌入式领域异军突起,成为了最有潜力的嵌入式操作系统。 嵌入式LinHxLinux广泛用于各类计算应用,包括手持设备(PDA和蜂窝电话)、因特网装置、瘦客户机、防火墙、工业机器人和电话基础设施设备,甚至还包括了基于集群的超级计算机。虽然大多数Linux系统运行在PC平台上,但Linux也可以作为嵌入式系统的可靠主力,Linux系统甚至可以仅使用256KB ROM和512KB RAM进行工作,因此它是一个瞄准嵌入式市场的轻量级操作系统。 Linux操作系统本身的微内核体系结构相当简单。网络和文件系统以模块形式置于微内核的上层。驱动程序和其它部件可在运行时作为可加载模块编译到或者是添加到内核。这为构造定制的可嵌入系统提供了高度模块化的构件方法。而在典型情况下该系统需结合定制的驱动程序和应用程序以提供附加功能。 嵌入式系统也常常要求通用的功能,为了避免重复劳动,这些功能的实现运用了许多现成的程序和驱动程序,它们可以用于公共外设和应用。Linux可以在外设范围广泛的多数微处理器上运行,并早已经有了现成的应用库。 在嵌入式系统上运行Linux的一个缺点是Linux体系提供实时性能需要添加实时软件模块。而这些模块运行的内核空间正是操作系统实现调度策略、硬件中断异常和执行程序的部分。由于这些实时软件模块是在内核空间运行的,因此代码错误可能会破坏操作系统从而影响整个系统的可靠性,这对于实时应用将是一个非常严重的弱点。 1.1.3嵌入式实时操作系统实时操作系统(RTOS)是具有实时性且能支持实时控制系统的操作系统。其首要任务是调度一切可利用的资源来完成实时控制任务,其次才着眼于提高计算机系统的使用效率,其重要的特点就是能满足对时间的限制和要求。在任何时刻,它总是保证优先级最高的任务占用CPU。系统对现场不停机的监测,一旦有事件发生,系统即可做出相应的处理。这除了由硬件质量作为基本保证外,主要由实时操作系统内部的事件驱动方式及任务调度来决定<[1]>。 从性能上讲,实时操作系统与普通操作系统存在的区别主要体现在“实时”二字上。在实时计算中,系统的正确性不仅依赖于计算的逻辑结果,而且依赖于结果产生的时间。 1981年,Ready System公司发展了世界上第一个商业嵌入式实时内核-VRTX32。随后,出现了如QNX、Palm OS、Winee、嵌入式Linux、Lynx、μC/OS、Nucleus以及国内的Hopen、Oelta OS等操作系统。 实时操作系统经过多年的发展,先后从实模式进化到保护模式,从微内核技术进化到超微内核技术;在系统规模上也从单处理器的实时操作系统,发展到支持多处理器的实时操作系统和网络实时操作系统,在操作系统领域中形成了一个重要分支。 数控系统发展概况计算机数控技术(CNC,Computer Numerical Control)集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、光机电技术于一体,是现代机床装备的灵魂和核心。数控技术是数控机床的关键技术,它的迅速发展和广泛应用,使得普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替,从而形成了巨大的生产力。 数控系统是数控机床的核心,其功能强弱、性能优劣直接影响着数控设备的加工性能。
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