[发明专利]一种基于多核ARM的Linux实时改造方法

说明书

本发明公开了一种基于多核ARM的Linux实时改造方法，用于解决Linux系统实时性不足问题，内容包括针对64位多核ARM平台，为其搭建实时系统，通过交叉编译环境完成引导加载程序的制作，为内核添加实时特性，并抽取根文件系统，利用平台的设备树信息实现正确的平台启动，在平台系统的基础上，利用Linux内核特性control groups将系统运行的实时任务与非实时任务资源进行区分，将非实时任务进行核间迁移，隔离出指定的CPU，将实时任务运行在隔离CPU上以满足实时任务对CPU资源充分使用的需求，同时将中断与非隔离CPU资源进行绑定，更进一步达到隔离CPU上实时任务实时性优化的目的。

技术领域

本发明属于嵌入式实时领域，是一种基于多核ARM的Linux实时改造方法。根据目前主流的Linux实时改造技术，基于64位的多核ARM的开发平台，采用较新的内核版本，实现了实时系统环境的搭建，通过实验对比分析为64位ARM平台选择更适合的改造技术，为64位ARM实时系统搭建提供了方法，同时利用多核的优势，通过Linux内核特性control groups实现CPU资源的隔离与绑定，达到应用程序更好的实时性。

背景技术

嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中以实现对象的智能化控制，因此，它有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。嵌入式操作系统是最重要的系统软件，它的任务是针对有关整个系统内部的各个硬件及软件资源进行合理的调配，为用户提供一个良好的工作环境。在实际应用中，某些特定环境下嵌入式产品对操作系统的实时性要求是相对比较苛刻的，这样对搭载在产品上的嵌入式系统本身的多任务、抢占调度、任务间的通讯与同步、任务与中断之间的通信等方面就提出了实时性处理的要求。

随着计算机技术发展，以及大量新的计算机应用领域的出现，人们对计算机处理器性能提出了更高的要求，而单核处理器的性能遇到了瓶颈。为此，芯片生产公司争相研发和推出多核架构处理器。在嵌入式系统硬件方面，ARM以其高性能、廉价、低功耗的RISC处理器不断的取得突破，体系结构也越来越丰富，为嵌入式产品开发和创新提供了强有力的支撑。

目前正在开发的嵌入式系统中，有近50％的项目选择Linux作为嵌入式操作系统。Linux操作系统是一个免费的、开源的、可裁剪的、可移植的、应用广泛且安全可靠的操作系统，仅需提高其实时性即可用于工业控制领域。Linux2.6版内核开始支持可抢占式任务调度，此后随着低延迟补丁、CFS调度器、优先级继承、高精度时钟系统等改进技术进入Linux主线版本，Linux的实时性不断的提高。Linux虽然还是一个分时操作系统，但是它已经可以支持很多实时处理的特性，如符合POSIX标准的调度策略、实时信号机制等特性，所以对Linux进行实时性研究具有充分的可行性和重要的实际意义。

发明内容

本发明是基于多核ARM的Linux实时改造方法，方法主要包括搭建实时系统环境、两种改造技术实验对比、用户态屏蔽方案设计。

本发明采用了如下的技术方案及实现步骤：

1.实时系统的搭建

实时操作系统专门用于在时间约束条件下运行时间敏感的应用程序，中国市场对RTOS有很广泛的需求。从二十世纪90年代开始，实时操作系统在嵌入式系统领域里逐渐占据主导地位。不论是嵌入式实时领域还是实时工业控制领域，都离不开实时操作系统。本发明中对实时系统的搭建如图1所示。

在宿主机x86架构的系统中下载交叉编译器，对下载的引导程序源码进行编译生成flash.bin，为下载的较新版本的5.4.47内核源码分别打入Xenomai及Preempt-RT补丁，经过内核配置、交叉编译生成64位ARM平台的对应设备树文件和内核镜像，通过debootstrap工具抽取指定的Ubuntu 18.04的根文件系统，准备SD card，对其分区并写入上述的flash.bin、内核镜像及设备树文件、根文件系统，各部分关系如图2所示，SDcard插入平台硬件，通过SecureCRT查看系统启动情况，。