POSIX

POSIX流行在基于UNIX的開源系統(tǒng)中、政府和軍事舞臺。然而POSIX對于傳統(tǒng)的嵌入式實時系統(tǒng)幾乎沒有影響。POSIX標準家族起源于美國國家標準與技術研究所，現(xiàn)在有被歸入IEEE、IEEE1003和其他標準的預兆。在過去的十年中，POSIX經(jīng)歷了多次的修訂，最近的一次是在2000年。

兼容性和一致性是兩個關于POSIX的重要觀點。兼容性意味著一個特定的操作系統(tǒng)平臺貫徹標準的一些子集，這種貫徹是備有文件證明的。甚至那些執(zhí)行微小子集的平臺能夠兼容于POSIX標準。POSIX的一致性，相反的，代表了更加嚴格的標準，意味著一個操作系統(tǒng)服從于過去的已證明測試。

SVR4,BSD和其他UNIX的API

事實上SVR4和UNIX的BSD版本是流行的系統(tǒng)標準，這些標準對于Linux的影響是巨大的。Linux貫徹了那些UNIX API的大的子集(舉個例子，對于共享內(nèi)存、隊列、信號量、BSD套接口和TCP/IP堆的Linux的ipc系統(tǒng)調(diào)用)。

熟悉SVR4、BSD，或者像AIX,HP-UX等其他通用的UNIX的開發(fā)人員對于Linux他們也能夠很快的掌握。

c語言庫

在嵌入式設計、RTOS或其他方面，很多API僅僅是標準c庫，這些庫或者是直接執(zhí)行函數(shù)或者是作為系統(tǒng)調(diào)用的包裝。Linux有熟悉的libc/glibc，盡管尺寸很大，但易于理解。

glibc的運行時間是對嵌入式應用程序內(nèi)存尺寸的挑戰(zhàn)。很多Linux的供應商為對于尺寸敏感的應用程序提供了經(jīng)過裁減了的庫。

RTOS接口層

RTOS的核心是對于進程間通訊調(diào)用的使用，這種調(diào)用提供了在任務中同步和通訊的機制。

表1提供了在典型的RTOS進程間通訊調(diào)用和同等的Linux調(diào)用之間的映射總結。

盡管在RTOS的調(diào)用和同等的Linux調(diào)用之間的映射是直接的，但是移植的工作量會被增加，如果使用仿真庫，這種仿真庫為其他RTOS移植過來的Linux應用程序提供了同樣的調(diào)用接口。

對于Xenomai開源項目，這樣的一個仿真技術是適用的。而這里，不同的仿真層提供給POSIX、VxWorks、VRTX和Itron這些被廣泛使用的RTOS。注意，像很多開源項目，Xenomai和它的外殼是正在進行的工作，他們可能還沒有完成或者還要進行修改。不過，它代表了一個在移植過程中潛在的高價值的出發(fā)點。

舉個例子，POSIX模塊主要是用來提供PSE51兼容的API.為了幫助移植其他PSE51兼容

API的應用程序，它包含了一些對于POSIX規(guī)范的擴展。

POSIX外殼已經(jīng)包含了以下這些基本的特色：

線程

互斥量

信號量

條件變量

實時信號的支持

放棄和放棄處理

特殊線程數(shù)據(jù)

消息隊列

定時器支持

共享內(nèi)存

POSIX外殼創(chuàng)建實時線程，他們或是運行在Linux內(nèi)核模塊或者在用戶空間的周期應用程序中。

實時內(nèi)核的API允許內(nèi)核和用戶空間的編程。開發(fā)人員通常更喜歡在用戶空間編程，因為他們之間的延遲小，特別是在硬件上，MMU的切換開銷很小。目前為止在用戶空間編程比直接從內(nèi)核空間運行應用程序更為容易。在用戶空間編程帶來了內(nèi)存保護和在這個環(huán)境中調(diào)試實時應用程序的GNU調(diào)試器的支持。

實時性能

也許對于嵌入式應用程序來說最重要的是滿足實時的要求。對于設計RTOS使得它們及時響應來滿足實時的要求，并且測量RTOS的系統(tǒng)調(diào)用，已經(jīng)做了相當大的努力加以實現(xiàn)，因此開發(fā)人員能夠確定系統(tǒng)的性能滿足于實時的要求。RTOS的調(diào)用在一定意義上是循環(huán)的，應用程序和由RTOS提供的中斷是同步的。因此進行一個同步調(diào)用花費RTOS的時間是中斷處理時間的一部分。

在2002年以前，Linux的實時性比較差，而它的吞吐量特別是在網(wǎng)絡方面比較好。然而那是吞吐量而不是實時性。原因是基本的Linux內(nèi)核和unix應用框架。這些系統(tǒng)被設計成在應用程序開銷的時候，內(nèi)核執(zhí)行它所需要的。其原因就是如果開發(fā)人員知道內(nèi)核不會被一個異常中斷搶占，內(nèi)核的代碼就更容易編寫。

雖然這種方法被廣泛使用于unix和早期的Linux中，但是近來有一個下降的趨勢。它使得運行在多處理器體系的系統(tǒng)變得效率很低。同一時刻，非搶占式Linux使得Linux達到實時的標準變得困難，因為即使一個中斷發(fā)生并且中斷事件被調(diào)度運行，內(nèi)核還會完成當前的任務。為了解決在多處理器系統(tǒng)的運行效率問題，Linux內(nèi)核的開發(fā)人員開始侵入Linux內(nèi)核的內(nèi)部區(qū)域讓它非搶占區(qū)域變得更小，以至于更多的內(nèi)核區(qū)域在多處理器系統(tǒng)上能夠并行的執(zhí)行并且完成的更好。

那些對于改善Linux實時性有興趣的人使用搶占的Linux內(nèi)核來加速本地的實時響應。延遲減小到幾百微秒到1毫秒之間。更多的性能提高包括縮短非搶占區(qū)域來減小那些區(qū)域帶來的任何延遲。

自2002年以來，Linux已經(jīng)支持實時應用程序。從那時起，Linux開發(fā)人員開始加強它的實時性能，標準Linux的實時性能在不斷的提高?，F(xiàn)在Linux的實時性能相當于大多數(shù)特有的實時內(nèi)核。最近出現(xiàn)了對于Linux實時能力的重要推進，消耗CPU時間的同步機制的自旋鎖被繼承優(yōu)先級互斥這種更可靠的同步機制替代了?；コ鈾C制保證了cpu時間總是盡可能的分配給優(yōu)先級最高的應用程序，從而更縮短了從中斷到實時應用程序的過程。

最后一個主要的實時Linux的改進是將中斷處理作為一個應用程序的標準來執(zhí)行。以前Linux的設計賦予中斷處理比任何其他應用程序更高的優(yōu)先級。通過把中斷處理作為一個普通的應用程序處理，一旦優(yōu)先級更高的應用程序可以搶占比它優(yōu)先級低的中斷處理程序。

現(xiàn)在這些改變已經(jīng)完成，性能和穩(wěn)定性的改進使得Linux上的應用和以前基于傳統(tǒng)的實時操作系統(tǒng)擁有一樣的快速和穩(wěn)定。

邁步向前

現(xiàn)在開發(fā)者正在放棄第一代實時操作系統(tǒng)，選擇更穩(wěn)定的一個開放式的嵌入式平臺比如像Linux。移植這些傳統(tǒng)的系統(tǒng)代表著挑戰(zhàn)同時又提供了非常豐厚的投資回報。真正的風險不是放棄熟悉的環(huán)境，工具和API，而是當嵌入式系統(tǒng)開發(fā)不斷前進時候，它卻停滯不前。

遵循這篇文章概括的步驟和RTOS的移植技術， 開發(fā)人員可以通過最少的時間和精力成功地移植以前的RTOS的代碼到一個現(xiàn)代化的Linux平臺上來。