基于嵌入式Linux的控制系统设计与实现

嵌入式Linux混合任务调度器的设计与实现

包增辉;宋余庆;陈健美

【摘 要】针对Linux系统只能调度单一类型任务的问题,提出一种可调度实时/非实时任务的混合任务调度器；根据最新的Linux调度框架,对Linux调度器进行扩展,实现了EDF调度类和CBS服务器；调度器采用EDF调度类调度实时任务,采用CFS调度类调度非实时任务,而在实时/非实时任务混合的环境下,采用CBS策略为非实时任务预留CPU资源,使非实时任务也能得到及时地处理.实验结果表明,该调度器能有效降低实时任务的截止期错失率,同时提高非实时任务的服务水平.

【期刊名称】《计算机测量与控制》

【年(卷),期】2013(021)007

【总页数】4页(P1950-1952,1956)

【关键词】实时化;EDF算法;CBS算法;模块调度框架;调度类

【作 者】包增辉;宋余庆;陈健美

【作者单位】江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013;江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013;江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013

【正文语种】中 文

【中图分类】TP316.2

0 引言 当今嵌入式系统的应用越来越广泛，已经渗透到生活的各个方面。虽然针对特定的嵌入式实时任务、非实时任务已有很多调度方法，但系统应用有时需要实时与非实时任务共存于同一系统中，而现有的任务调度器针对性较强，适用范围较窄，不能满足这种需求，这就对嵌入式系统的调度器提出了更高的要求。

在优化Linux实时调度方面，文献 ［1］将经典的EDF实时调度算法引入Linux内核，这种方法虽然能够保证实时任务的正常运行，但是在重负载下，Linux中的非实时任务会在较长的一段时间内得不到运行，容易使非实时任务长时间处于“饥饿”状态。文献 ［2］根据所调度任务的特征，对EDF算法进行了改进。但是这种算法只针对特定类型的任务，其适用面较窄。文献 ［3－4］实现了面向应用的调度器。文献 ［5］实现了支持CBS调度策略的任务调度器。但是它们都是基于RTLinux、RTAI的，由于它们采用双内核结构，在虚拟任务执行时要传递中断信号给上层的Linux内核，并执行相应的上下文切换，这样增加了进程的响应时间和调度开销。本文根据Linux最新的调度框架，设计并实现了一种基于服务器资源预留机制的混合任务调度器。新的调度器可保证实时任务的正常运行，同时预留一定的处理器资源给非实时任务，提高非实时任务的服务质量。

一、 概述

操作系统是充当计算机用户和计算机硬件之间的一个中 嵌入式系统课程设计报告

—嵌入式Linux操作系统的移植与研究

学 号：

姓 名：

专业班级： 介，并用于管理计算机资源和控制应用程序运行的计算机程序。

本次课程学习主要了解嵌入式系统技术基本概念、特点、分类，掌握嵌入式系统软硬件设计的基本方法。

本课程的特点是针对目前流行的基于ARM架构的嵌入式微处理器与源码公开的实时操作系统Linux进行详细剖析，并结合具体嵌入式系统开发实验，使学生能够熟练掌握嵌入式系统的设计与开发方法。

本门课程以采用讲课和实验相结合的方式，注重培养学生的实际应用能力与创新能力，以达到“学习嵌入式，使用嵌入式”的教学目的。授课与实验相结合进行。培养学生软硬件的设计和开发能力。

Linux是一个用于多种硬件体系结构的操作系统。

本次课程设计主要任务是嵌入式Linux操作系统的移植与研究。

主要研究:

1、PC机上的Linux与嵌入式Linux的区别。

2、安装过程的区别。

3、模块的区别。

二、 系统总体设计

三、 原理概述

四、 系统实现：包括引导初始化分析，流出图，应用代码分析等等，讲清楚项目目录下的所有文件和代码的作用。 如果项目目录下有一些文件不是自己写的，也一定要对它的作用和代码进行详细说明。

五、 结果与分析

六、 总结

七、 参考资料

1. 《ARM应用系统开发详解》，李驹光，清华大学出版社，2003年；

2. 《嵌入式技术与系统——Intel Xscale 结构与开发》，陈章龙，北航出版社，2004。

3. 《AT91系列ARM核微控制器结构与开发》，马忠梅；

4. 《嵌入式linux应用开发详解》，刘峥嵘，机械工业出版社；

5. 《嵌入式linux设计与应用》，清华大学出版社。

162010,31(1)计算机工程与设计ComputerEngineeringandDesign

0引言

NVRAM(non-volatilerandomaccessmemory，非易失性随

机访问存储器)是广泛应用于网络路由器的一种存储器件。它

如同PC上的CMOS，作用是存放路由器的配置参数。目前常

见的NVRAM，大都是静态SRAM，即带有备用电源的SRAM，

它的实现最简单，同普通内存操作一样。但是在实际应用中，

不是所有的开发板都配备有静态SRAM。在这种情况下，如

果使用该方案开发网络路由器，重新加入配备电源的SRAM

必须要重新排版，布线。开发周期与开发成本将会大大增加。

因此，可以考虑在现有的硬件资源基础上，通过新的方式来实

现NVRAM[1]。

本文就是以神州龙芯开发的CQ8401开发板为硬件平台，

在自行裁剪和移植的嵌入式Linux平台下，利用NorFlash来

实现网络路由器的NVRAM功能。

1NVRAM新的实现方案分析

由于NVRAM仅用于保存启动配置文件(Startup-Config)，

故其容量较小，通常在路由器上只配置32KB~128KB大小的

NVRAM。配备电源的SRAM速度较快，是目前读写最快的存

储设备，而成本也比较高。一般的开发板所配备的NorFlash空间足够大，在系统性能得到满足的前提下，可以把NorFlash

分出一个区来当作NVRAM使用。SRAM和NorFlash的对比

分析，如表1所示。

网络路由器中的NVRAM用于存放配置参数。正常启动

路由器后，NVRAM中的内容会拷贝到内存一份，我们对路由

器的设置实际上就是修改内存中的参数。所以内存和NVRAM

中的内容可以不一样，直到使用writememory将内存设置保存

到NVRAM。在系统起来以后，我们可以根据需要修改配备参

收稿日期：2009-07-17；修订日期：2009-09-18。嵌入式系统工程徐立松，郭晓金：嵌入式Linux中NVRAM的实现方案及驱动设计2010,31(1)17

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嵌入式Linux操作系统的研究

作者：陈国强

来源：《计算机光盘软件与应用》2014年第01期

摘 要：随着当前计算机技术的不断发展，嵌入式系统应用领域越来越广泛，尤其是Linux操作系统在产业发展中起着举足轻重的作用。Linux操作系统内核具备进程管理、文件管理、储存管理以及内核调度等功能，同时基于Linux应用环境前提下，在不同系统芯片硬件平台上，嵌入式Linux操作系统能够实现运行，通过进程调度以及文件设计等模块满足不同开发板与应用需求。本文主要通过介绍嵌入式Linux操作系统的基本功能，从而具体阐述嵌入式Linux操作系统的设计。

关键词：操作系统；Linux；嵌入式操作系统

中图分类号：TP316

嵌入式操作系统作为嵌入式系统的关键内容，通过控制系统资源，提供开发应用程序，体现了嵌入式系统的外在功能。笔者综合自身多年来的实践经验，结合嵌入式Linux操作系统的功能以及机理，详细研究与分析其在嵌入式领域应用的完善方法。

1 嵌入式Linux操作系统概述

1.1 嵌入式系统内涵。嵌入式系统在发展初期主要是以微处理器的形式而存在的，随着科学技术的不断发展，嵌入式系统已经渗透到了人们的工作、生活以及娱乐等方方面面。从本质上来讲，嵌入式系统将复杂的软件与硬件进行紧密耦合，从而形成一个全新的计算机系统。“嵌入式”即在各个完整的系统中吸纳一部分优越系统，将这些系统进行整合。而就这些嵌入的系统本身而言，一般存在多种嵌入式系统。在现阶段，随着微处理器制造技术的深入发展，嵌入式处理器制造取得了巨大的发展。在系统硬件上，主要考虑价格、性能以及能耗等因素，其关键部分是应用软件与系统软件。但是由于储存空间存在局限性，因此嵌入式系统对实时性要求越来越严格。

1.2 嵌入式Linux操作系统。Linux主要是指开放源代码，一般包括四个方面：一是内核，二是系统工具，三是开发环境，四是Unix类操作系统。Linux作为一个现代操作系统，其性能可靠、稳定，主要具备七个特征：第一，满足国际通用标准规范；第二，具有可移植性，灵活性强；第三，整个系统性能卓越；第四，在某种程度上动态链接能力强；第五，系统网络特征鲜明；第六，兼容性强大；第七，系统能够包容大容量用户，任务能力优越。从整体上来看，嵌入式Linux操作系统的开放源代码在一定程度上使用户自由限度得到了进一步的拓展，由于软件资源丰富，因此开发工作量少、开发时间短，同时网络支持功能强大、使用成本低。