嵌入式Linux操作系统实时性研究

分类号：ＴＰ３９

强爹太净

硕士学位论文

嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统实时性研究

董悦

导师姓名职称

申请学位级别硕士孙大跃学科专业名称教授计算机应用技术

Ｌ口。１年ｌ＇ｏｆｌ猾日论文提交日期２．０７ｑｉ９月Ｊ日硷文咎辩ｌ一｜捌

学位授予单位

答辩委员会主席长安大学巨盘丝壅ｇ±盘．学位硷卫评阅八叠ｌ！盛墼摇施煎五磊绻

摘要

随着计算机技术的发展和普及，Ｌｉｎｕｘ作为一种具有开放源代码、高稳定性、免费等优点的操作系统，不仅在服务器和桌面系统中占据一席之地，同时在嵌入式领域也发展迅速。Ｌｉｎｕｘ自身的特点非常适合作为嵌入式操作系统，但是由于其兼顾大型服务器领域，放弃了系统的实时性能。而在工业应用中，迫切需要可靠的具有实时性能的操作系统平台，因此利用Ｌｉｎｕｘ操作系统的特性进行实时性改造成为业界的热点。

本文通过分析嵌入式系统和实时系统的相关知识和概念，对Ｌｉｎｕｘ进行深入研究，分析造成Ｌｉｎｕｘ系统实时性差的原因，通过研究几种国内外对Ｌｉｎｕｘ实时改造的方案和算法，提出了增强Ｌｉｎｕｘ实时性的新方法，通过对最早截止期优先调度算法（ＥＤＦ）和速率单调调度算法（ＲＭ）的可调度性分析以及虚拟内存的改进等方法将２．６．１２内核进行了实时性改造。在此基础上通过对嵌入式工业平台了解分析构建基于ｘ８６平台的嵌入式实时操作系统——ＳＥＲ．Ｌｉｎｕｘ。并针对应用需求做进一步优化，使其得以在实际工程中应用。

关键字：嵌入式操作系统、ＬｉＤｉｌｌ（、实时性

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｐｏｐｕｌａｒｉｔｙ

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Ｋｅｙｗｏｒｄ：Ｅｍｂｅｄｅｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ；Ｌｉｎｕｘ；Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ

论文独创性声明

本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。

本声明的法律责任由本人承担。

论文作者签名：孝衫移泐７年／ｐ月知日

论文知识产权权属声明

本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。

（保密的论文在解密后应遵守此规定）

论文作者签名：多岔牺

导师签名矽７年ｆｖＢ３ａ日夕朋弘日

跃安人学硕上．学位论文

第一章绪论

１．１研究背景

在当前的数字信息技术和网络技术高速发展的后ＰＣ（Ｐｏｓｔ．ＰＣ）时代，嵌入式系统已经广泛的渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术、娱乐业以及人们的日常生活等方方面面中。随着国内外嵌入式产品如车载电脑、机顶盒等等的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。在ＰＣ时代，可能有人从来没有接触过计算机，但是在Ｐｏｓｔ．ＰＣ时代，他就不可能会接触不到嵌入式系统，因为嵌入式系统可能存在于生活的方方面面中。

下一代互联网的自主运算趋势，企业对ＩＴ解决方案后台化、简单化的需求和消费者期待的网络功能强大、简单易用、扩展方便、稳定低耗的下一代手持计算设备这三方面的需求正在拉动一个以消费电子设备、自主计算网络部件和功能服务器等产品为代表的全新嵌入式系统及相关产品解决方案市场快速浮出水面。Ｌｉｎｕｘ作为一个年轻的操作系统在这一领域迅速发展，受到越来越多的关注。

１．２国内外研究概况

１．２．１国外研究进展

从上世纪８０年代起，国际上就开始进行一些商业嵌入式系统和专用操作系统的开发。所以开发嵌入式操作系统已经有二十多年的历程，目前的应用范围比较广泛，目前国外主流的嵌入式操作系统如下：

１．Ｐａｌｍ

Ｐａｌｍ是３Ｃｏｍ公司的产品，其操作系统为ＰａｌｍＯＳ，是一种３２位的嵌入式操作系统。Ｐａｌｍ提供了串行通信接口和红外线传输接口，利用它可以方便地与其它外部设备通信、传输数据；拥有开放的ＯＳ应用程序接口，开发商可根据需要自行开发所需的应用程序。ＰａｌｍＯＳ是一套具有较强开放性的系统，现在有大约数千种专门为ＰａｌｍＯＳ编写的应用程序，从程序内容上看，ｄ，Ｎ个人管理、游戏，大到行业解决方案，ＰａｌｍＯＳ无所不包。在丰富的软件支持下，基于ＰａｌｍＯＳ的掌上电脑功能得以不断扩展。

ＰａｌｍＯＳ是～套专门为掌上电脑开发的ＯＳ。在编写程序时，ＰａｌｍＯＳ充分考虑了掌上电脑内存相对较小的情况，因此它只占有非常小的内存。由于基于ＰａｌｍＯＳ编写

第一章绪论

的应用程序占用的空间也非常小（通常只有几十ＫＢ），所以，基于ＰａｌｍＯＳ的掌上电脑（虽然只有几ＭＢ的ＲＡＭ）可以运行众多应用程序。

ＰａｌｍＯＳ与同步软件（ＨｏｔＳｙｎｃ）结合可以使掌上电脑与ＰＣ机上的信息实现同步，把台式机的功能扩展到了掌上电脑。Ｐａｌｍ应用范围相当广泛，如：联络及工作表管理、电子邮件及互联网通信、销售人员及组别自动化等等。Ｐａｌｍ＂Ｉ－围硬件也十分丰富，有数码相机、ＧＰＳ接收器、调制解调器、ＧＳＭ无线电话、数码音频播放设备、便携键盘、语音记录器、条码扫描、无线寻呼接收器、探测仪。其中Ｐａｌｍ与ＧＰＳ结合的应用，不但可以作导航定位，还可以结合ＧＰＳ作气候的监测、地名调查等。

２．ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ

ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ是微软开发的一个开放的、可升级的３２位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作。它是精简的Ｗｉｎｄｏｗｓ９５操作系统。ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ的图形用户界面相当出色。其中ＣＥ中的Ｃ代表袖珍（Ｃｏｍｐａｃｔ）、消费（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ）、通信能力（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ）和伴侣（Ｃｏｍｐａｎｉｏｎ）；Ｅ代表电子产品（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）。与Ｗｉｎｄｏｗｓ９５／９８、ＷｉｎｄｏｗｓＮＴ不同的是，ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ是所有源代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统，其操作界面虽来源于Ｗｉｎｄｏｗｓ９５／９８，但ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ是基于Ｗｉｎ３２ＡＰＩ重新开发的、新型的信息设备平台。ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ具有模块化、结构化和基于Ｗｉｎ３２应用程序接口以及与处理器无关等特点。ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ不仅继承了传统的Ｗｉｎｄｏｗｓ图形界面，并且在ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ平台上可以使用Ｗｉｎｄｏｗｓ９５／９８上的编程工具（ｊｔｌＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ、ＶｉｓｕａｌＣ＋＋等）、使用同样的函数、使用同样的界面网格，使绝大多数的应用软件只需简单的修改和移植就可以在ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ平台上继续使用。

ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ的设计目标是：模块化及可伸缩性、实时性能好，通信能力强大，支持多种ＣＰＵ。它的设计可以满足多种设备的需要，这些设备包括了工业控制器、通信集线器以及销售终端之类的企业设备，还有像照相机、电话和家用娱乐器材之类的消费产品。一个典型的基于ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ的嵌入系统通常为某个特定用途而设计，并在不联机的情况下工作。它要求所使用的操作系统体积较小，内建有对中断的响应功能。

在掌上型电脑中，ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ包含如下一些重要组件：ＰｏｃｋｅｔＯｕｔｌｏｏｋ及其组件、语音录音机、移动频道、远程拨号访问、世界时钟、计算器、多种输入法、ＧＢＫ字符集、中文ＴＴＦ字库、英汉双向词典、袖珍浏览器、电子邮件、ＰｏｃｋｅｔＯｆｆｉｃｅ、系统设２

长安人学硕Ｉｊ学位论文

置、ＷｉｎｄｏｗｓＣＥＳｅｒｖｉｃｅｓ软件。

３．Ｌｉｎｕｘ

Ｌｉｎｕｘ是一个类Ｕｎｉｘ操作系统。它起源于芬兰一个名为ＬｉｎｕｓＴｏｒｖａｌｄｓ的业余爱好，但是现在已经是最为流行的一款开放源代码的操作系统。Ｌｉｎｕｘ从１９９１年问世到现在，短短１０年的时间内已发展成为一个功能强大、设计完善的操作系统，伴随网络技术进步而发展起来的ＬｉｎｕｘＯＳ已成为Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司的ＤＯＳ和Ｗｉｎｄｏｗｓ９５／９８的强劲对手。Ｌｉｎｕｘ系统不仅能够运行于ＰＣ平台，还在嵌入式系统方面大放光芒，在各种嵌入式ＬｉｎｕｘＯＳ迅速发展的状况下，ＬｉｎｕｘＯＳ逐渐形成了可与ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ等ＥＯＳ进行抗衡的局面。目前正在开发的嵌入式系统中，４９％的项目选择Ｌｉｎｕｘ作为嵌入式操作系统。Ｌｉｎｕｘ现已成为嵌入式操作的理想选择。

４．ＱＮＸ

ＱＮＸ是一个可扩充的实时操作系统，它遵循ＰＯＳＩＸ．１（程序接口）和ＰＯＳＩＸ．２（Ｓｈｅｌｌ和工具）、部分遵循ＰＯＳＩＸ．１ｂ（实时扩展）。它提供了一个很小的微内核以及一些可选的配合进程。其内核仅提供４种服务：进程调度、进程间通信、底层网络通信和中断处理。其进程在独立的地址空间运行，所有其它ＯＳＮ务，都实现为协作的用户进程，因此ＱＮＸＩ为核非常小巧（ＱＮＸ４．Ｘ大约为１２ｋＢ），而且运行速度很快。这个灵活的结构可以使用户根据实际的需求将系统配置成微小的嵌入式操作系统或是包括几百个处理器的超级虚拟机操作系统。

１．２．２国内研究进展

由于国外公司的专用操作系统巨大的市场前景，国内越来越多的研究机构和企业也开始关注并进军嵌入式操作系统领域。目前国内的Ｌｉｎｕｘ嵌入式操作系统厂商队伍正在逐渐扩大，已形成百家争鸣的局面。在市场上主要有红旗嵌入式Ｌｉｎｕｘ、博利思推出的ＰＯＣＫＥＴＩＸ、蓝点的嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统、网虎科技推出的ＣＯＶＥＮＴⅣＥ和共创软件联盟推出的ＣＣ．Ｌｉｎｕｘ。它们所具备的共同特点是：精简的内核，适用于不同的ＣＰＵ，Ｘ８６、ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ、ＡＲＭ、ＭＩＰＳ、ＰＯＷＥＲＰＣ等；提供完善的嵌入式ＧＵＩ和嵌入式Ｘ—ｗｉｎｄｏｗｓ；提供嵌入式浏览器，邮件程序，ｍｐ３播放器，ｍｐｅｇ播放器和记事本等应用程序；提供完整的开发工具和ＳＤＫ，同时提供ＰＣ上的开发版本；用户可定制，提供图形化的定制和配置工具；常用嵌入式芯片的驱动集；提供实时版本；完善的中文支持等。其中ＣＣ．Ｌｉｎｕｘ对通用的Ｌｉｎｕｘ进行了合理的裁剪，实现了３

第一章绪论

ＲＯＭ依ＡＭ／ＦＬＡＳＨ的文件系统、软实时、能量低中断、电源管理、Ｊ筒舱虚拟机、多平台和多线程支持，有望成为中国嵌入式操作系统的标准。

国内目前最具代表性的嵌入式操作系统如下：

１．ＨＯＰＥＮＯＳ：

ＨＯＰＥＮＯＳ是凯思集团自主研制开发的嵌入式操作系统，由一个体积很小的内核及一些可以根据需要进行定制的系统模块组成。其内核ＨｏｐｅｎＫｅｒｎｅｌ一般为１０ＫＢ左右大小，占用空间小，并具有实时、多任务、多线程的系统特征。使用者可以很容易地对这一操作系统进行定制或作适当开发，该系统不仅可以广泛应用于：移动计算平台（ＰＤＡ）、家庭信息环境（机顶盒，数字电视）、通讯计算平台（媒体手机）、车载计算平台（导航器）、工业、商业控制（智能工控设备，ＰＯＳ／ＡＴＭ机）、电子商务平台（智能卡应用，安全管理）等信息家电上，还可应用于与Ｉｎｔｅｍｅｔ相联接的一切接入设备，是未来信息家电的核心。该系统目前已能在：Ｘ８６、ＰＡ—ＲＩＳＣ、ＰｏｗｅｒＰＣ、ＡＲＭ、ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ、ＭＩＰＳ、６８ＸＸＸ等多种芯片上运行。

２．ＥＥＯＳ：

ＥＥＯＳ是中科院计算所组织开发的开放源码的嵌入式操作系统。该嵌入式操作系统重点支持ｐ－Ｊａｖａ，要求一方面小型化，一方面能复用Ｌｉｎｕｘ的驱动和其他模块。研究机构准备将其建立呈扩展能力强，功能完善，且稳定、可靠的嵌入式操作系统平台。包含Ｅ２实时操作系统，Ｅ２工具链及Ｅ２仿真开发环境的完整环境。ＥＥＯＳ采用先进的内核仿真调技术，能够使普通Ｃ程序员能快速熟悉实时系统的结构和开发过程，大幅度降低学习，研究，开发实时系统的代价。ＥＥＯＳ专为嵌入式系统设计，代码尺寸小，同时ＥＥＯＳ结构上考虑了实时需求，很高的实时响应速度，因而能够在各种环境下工作，具有良好的可伸缩性。

３．“和欣”嵌入式操作系统

“和欣”是８６３计划主题资助的国家重大基础软件项目。它区别于其他传统嵌入式操作系统的特点，由于它是为网络时代的嵌入式设备，能够更有效地支持ＷＥＢ服务而开发，在体系结构上完全面向构件、中间件技术的网络操作系统，其精髓是科泰世纪公司原创的ｅｚＣＯＭ构件技术。这不仅可以为“和欣”的应用产品带来新的增值功能，还使各种软件零件可以独立生产、维护、更换、升级，提高软件的整体质量与软件复用率，缩短软件开发周期，提高嵌入式系统的开发效率。这些技术有效地解决了在下４

长安人学硕Ｉ：学位论文

一代面向网络应用的嵌入式系统中，传统操作系统所面临的问题。“和欣”是一个完全由中国人自行设计开发的、具有完整的自主知识产权的、面向网络应用的嵌入式操作系统。其体系结构和实施技术有创新性，在嵌入式操作系统达到了国内领先和国际先进水平。

１．３本文研究目的和内容

Ｌｉｎｕｘ升级到２．６版本内核后，性能大幅提升，这些特性旨在改进高端企业服务器的性能和支持越来越多的嵌入式设备。对于嵌入式系统领域，添加了针对大量新的体系结构和嵌入式微处理器类型的支持——包括对那些没有内存管理单元ＭＭＵ系统的支持。由于其兼顾的领域太广，放弃了系统的实时性，而在工业应用中，迫切需要可靠的具有实时性能的操作系统平台，因此利用Ｌｉｎｕｘ操作系统的特性进行实时性改造成为业界研究的热点。２．６内核在嵌入式系统方面，由于采用了可抢占式内核、Ｏ（１）调度算法以及增强的同步机制三个方面的改进，使它在响应性方面相比以前版本的内核有了巨大的改善。

目前，新推出的Ｌｉｎｕｘ２．６版本内核已经成为大部分商业嵌入式操作系统的主流，而开源的实时操作系统仍然沿用２．４甚至更老的２．２版本内核。２．６内核针对嵌入式应用的新特性无法在实际应用中得到推广。本文通过对Ｌｉｎｕｘ２．６内核深入研究，结合已有的实时化技术方案，提出了一个针对２．６内核提升实时性的新方法。改进内核后的系统保留了Ｌｉｎｕｘ系统的优势以及２．６内核的新特性，并且很好的提升了系统的实时响应能力，使其更适合作为一种方便可行的实时操作系统的解决方案，在实际应用中推广。

第＿章嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统分析

第二章嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统分析

２．１嵌入式系统及嵌入式操作系统简介

嵌入式系统被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础、软硬件可裁剪、适应特定应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术以及各个行业的具体应用相结合的产物，广泛地渗透到社会经济、军事、通信等相关行业，而且深入到信息家电、娱乐、社会文化等各个领域，掀起了一场数字化的技术革命。随着多媒体技术与Ｉｎｔｅｍｅｔ应用的迅速普及，消费电子（Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｖｅｅｌｅｃｔｒｏｎ）、计算机（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、通信（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）等３Ｃ一体化趋势日趋明显，极大地推进了嵌入式技术的发展。

嵌入式操作系统ＥＯＳ（ＥｍｂｅｄｄｅｄＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）是一种用途广泛的系统软件，过去它主要应用于工业控制和国防系统领域【１】。ＥＯＳ负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度，控制、协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。目前，已推出一些应用比较成功的ＥＯＳ产品系列。随着Ｉｎｔｅｍｅｔ技术的发展、信息家电的普及应用及ＥＯＳ的微型化和专业化，ＥＯＳ开始从单一功能向高专业化的方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。ＥＯＳ是相对于一般操作系统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等外，还有以下特点：

＞可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。

＞强实时性。ＥＯＳ实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。

＞统一的接口。提供各种设备驱动接口。

＞提供强大的网络功能，支持ＴＣＰ／ＩＰ协议及其它协议，提供ＴＣＰ舢『ＤＰ／口／ＰＰＰ

协议支持及统一的ＭＡＣ访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。

＞强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦丌始运行就不需要用户过多的干预，

这就要负责系统管理的ＥＯＳ具有较强的稳定性。嵌入式操作系统的用户接

口一般不提供操作命令，它通过系统的调用命令向用户程序提供服务。

＞更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。

从某种意义上来说，通用计算机行业的技术是垄断的。占整个计算机行业９０％６

长安大学硕十学位论文

的ＰＣ产业，８０％采用Ｉｎｔｅｌ的ｘ８６体系结构，芯片基本上出自Ｉｎｔｅｌ，ＡＭＤ，Ｃｙｒｉｘ等几家公司。在几乎每台计算机必备的操作系统和文字处理器方面，Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ的Ｗｉｎｄｏｗｓ及Ｗｏｒｄ占８０％．９０％，凭借操作系统还可以搭配其它应用程序。因此当代的通用计算机工业的基础被认为是由Ｗｉｎｔｅｌ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ和Ｉｎｔｅｌ在９０年代初建立的联盟）垄断的工业。

嵌入式系统则不同，它是一个分散的工业，充满了竞争、机遇与创新，没有哪一个系列的处理器和操作系统能够垄断全部市场。即便在体系结构上存在着主流，但各不相同的应用领域决定了不可能有少数公司、少数产品垄断全部市场。因此嵌入式系统领域的产品和技术，必然是高度分散的，留给各个行业的中小规模高技术公司的创新余地很大。另外，社会上的各个应用领域是在不断向前发展的，要求其中的嵌入式处理器核心也同步发展，这也构成了推动嵌入式工业发展的强大动力。

２．２实时系统定义

根据ＩＥＥＥ的定义“ａｒｅａｌ．ｔｉｍｅｓｙｓｔｅｍ

ｒｅｓｐｏｎｓｅｔｉｍｅａｓｉｓａｓｙｓｔｅｍｗｈｏｓｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｉｎｃｌｕｄｅｉｔｓｗｅｌｌａｓｉｔｓｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ．”瞳１实时系统是那些正确性不仅取决于计算的逻辑结果也取决于产生结果所花费时间的系统。实时操作系统与分时操作系统的最大区别在于时限（ｄｅａｄｌｉｎｅ）这个观念。即实时系统不只是要求完成一个工作，并且要求工作在一定的时限内完成，如果超时的话都算是任务失败。在实时计算中，系统的Ｊ下确性不仅仅依赖于计算的逻辑结果而且依赖于结果产生的时间。对于实时系统来说最重要的要求就是实时操作系统必须有满足在一个事先定义好的时间限制中对外部或内部的事件进行响应和处理的能力。实时系统可以定义为一个能够在事先指定或确定的时间内完成系统功能和对外部或内部、同步或异步时间做出响应的系统。

对操作系统的实时性能衡量标准的指标如下：

＞系统响应时间（ＳｙｓｔｅｍＲｅｓｐｏｎｓｅＴｉｍｅ）：系统在发出处理要求到系统给出应

答信号的时间；

＞上下文切换时ｆ百］（Ｃｏｎｔｅｘｔ．ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＴｉｍｅ）：多任务之间进行切换而花费的时

间；

＞中断延迟时ｆａＪ（ＩｎｔｅｒｒｕｐｔＬａｔｅｎｃｙＴｉｍｅ）：从接收到调度信号到操作系统做出响

应，并完成进入中断服务程序的时间。７

第＿章嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统分析

２．３实时系统分类

实时操作系统的实时功能又可分为硬实时和软实时两种。硬实时和软实时的区别就在于对外界的事件做出反应的时间。硬实时系统必须是对即时的事件做出反应，绝对不能错过事件处理时限（ｄｅａｄｌｉｎｅ）。在硬实时系统中如果出现了超过时限的情况就意味着巨大的损失和灾难。软实时系统是指，如果在系统负荷较重的时候，允许发生错过时限（ｄｅａｄｌｉｎｅ）的情况而且不会造成太大的危害。硬实时系统和软实时系统的实现区别主要是在选择调度算法上。选择基于优先级调度的算法足以满足软实时系统的需求，而且可以提供高速的响应和大的系统吞吐率；而对硬实时系统来说，需要使用的算法就应该是调度方式简单，反应速度快的实时调度算法了。

目前世界上比较有影响力的实时操作系统主要有Ｌｙｎｘ实时系统公司的ＬｙｎｘＯＳ、ＱＮＸ软件系统有限公司的ＱＮＸ以及两种具有代表性的实时Ｌｉｎｕｘ一新墨西哥工学院的ＲＴ－－Ｌｉｎｕｘ和堪萨斯大学的ＫＩ瓜Ｔ一“ｎｕｘ。

２．４Ｌｉｎｕｘ在嵌入式应用的分析

Ｌｉｎｕｘ操作系统的优势

与常见的嵌入式操作系统如ＶｘＷｏｒｋｓ，ＱＮＸ，ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ，ＰａｌｍＯＳ等相比，嵌入２．４．１式Ｌｉｎｕｘ操作系统以价格低廉、功能强大且易于移植而正在被广泛采用，成为新兴的力量，越来越多的企业和科研机构已经把目光转向了嵌入式Ｌｉｎｕｘ的开发和应用上。归纳而言，嵌入式Ｌｉｎｕｘ至少具有以下优势：

Ｌｉｎｕｘ是自由的操作系统，它的开放源码使用户获得了最大的自由度；

Ｌｉｎｕｘ上的软件资源十分丰富，每一种通用程序在Ｌｉｎｕｘ上都可以找到；

Ｌｉｎｕｘ的多任务内核非常稳定，它的高效和稳定性已经在各个领域，尤其在网络服务器领域，得到了事实的验证。Ｌｉｎｕｘ内核小巧灵活，易于裁剪，这使得它很适合嵌入式系统的应用；

Ｌｉｎｕｘ支持多种体系结构，如Ｘ８６，ＡＲＭ，ＭＩＰＳ，ＡＬＰＨＡ，ＳＰＡＲＣ等，目前，Ｌｉｎｕｘ已经被移植到数十种硬件平台上，几乎支持所有流行的ＣＰＵ；

Ｌｉｎｕｘ自产生之同起就与网络密不可分，具有非常高效强人的网络功能，支持各种流行的网络协议，网络是Ｌｉｎｕｘ的强项；

Ｌｉｎｕｘ支持大量的外围硬件设备，内核绝大部分代码都是关于设备驱动的，它们８

长安人学硕．１：学位论文

支持各种主流硬件设备和最新硬件技术；

Ｌｉｎｕｘ支持多种文件和图形系统，具有良好的兼容性及友好的用户界面：

Ｌｉｎｕｘ有着非常优秀的完整开发工具链，ＧＮＵ开发工具系列一直为人称道，有十几种集成开发环境，其中很多是免费的，从而降低了开发费用；

Ｌｉｎｕｘ从１９９１年问世到现在的短短十几年时间内，己经发展成为功能强大、设计完善的操作系统之一，可以与各种传统的商业操作系统媲美。同时，由于Ｌｉｎｕｘ自身所具有的优秀特性，及越来越多的科研机构、厂商的不断推动，使得其在新兴的嵌入式系统领域内也获得了飞速发展。日前Ｊ下在开发的嵌入式系统中，４９％的项目选择了Ｌｉｎｕｘ作为嵌入式操作系统。所以，研究和分析嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统理论和应用，开发相关的嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统和应用软件，具有重大的意义。

目前，嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统开发正在蓬勃兴起，并且己经开辟了很大的市场，除了一些传统的Ｌｉｎｕｘ公司，像ＲｅｄＨａｔ，ＶＡＬｉｎｕｘ等正在从事嵌入式Ｌｉｎｕｘ的研究之外，一批新公司（如Ｌｉｎｅｏ，ＴｉｍｅＳｙｓ等）和一些传统的大公司（如ｍＭ，ＳＧＩ，Ｍｏｔｏｒｏｌａ，Ｉｎｔｅｌ等）以及一些开发专有嵌入式操作系统的公司（如Ｌｙｎｘ）也Ｊ下在进行嵌入式Ｌｉｎｕｘ的研究和开发。但就目前的技术而言，嵌入式Ｌｉｎｕｘ的研究成果与市场的真正需求还有一段差距。

２．４．２Ｌｉｎｕｘ实时性不强的原因

高实时性是嵌入式操作系统的基本要求，由于Ｌｉｎｕｘ是一种通用操作系统，而不是一个真正的实时操作系统，内核不支持事件优先级和实时抢占特性。所以，在开发嵌入式Ｌｉｎｕｘ的过程中，首要问题是扩展Ｌｉｎｕｘ的实时性能【３】。

Ｌｉｎｕｘ在实时应用中存在局限性，普通Ｌｉｎｕｘ或没有在实时性方面做改进的嵌入式Ｌｉｎｕｘ不能直接应用于实时系统中，原因有以下几点：

１－调度算法。一般的Ｌｉｎｕｘ系统是按照分时系统的目标设计的，以达到系统较好的

平均性能，强调平衡进程之间的响应时间来保证公平的ＣＰＵ时间占用。通常采用固定时间片的分时调度算法，而实时系统的行为更多的取决于复杂的不可预知的情况，所以不能满足实时系统短的响应时间和确定的执行行为的要求。

２．定时机制。时间系统是计算机重要的组成部分，其主要作用是提供系统时间。

Ｌｉｎｕｘ系统时间依赖于硬件时钟，一般可以认为Ｌｉｎｕｘ系统时间是硬件时钟的计数器。为了提高系统的平均的吞吐率，Ｌｉｎｕｘ将时钟中断的周期设置为２０毫秒，９

第＿章嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统分析

这个时钟周期不能满足实时系统响应时间的要求。

３．中断问题。中断完成外部设备和Ｌｉｎｕｘ系统之间的数据通信，可以认为，中断是

实现异步数据系统之间联系的一种重要手段。Ｌｉｎｕｘ通过ＶＦＳ方式统一管理各种设备，捕获中断，执行中断服务。Ｌｉｎｕｘ的内核进程经常关闭中断以尽快完成自己的任务，如果低优先级的进程关闭了中断，那么即使有高优先级进程的中断发生，系统也无法响应。有些系统调用的时间很长，增加了中断延时和调度延时，这种情况在实时系统中是不允许发生的。

４．不完全可抢占的系统调用。一般的Ｌｉｎｕｘ系统进程运行于内核模式，很多都不能

被抢占。也就是说一个进程一旦进入内核，并且属于不可抢占进程，那么它将运行直到系统调用结束或者进程被阻塞，这时候一个高优先级的进程只能等待。这样将严重影响对高优先级用户进程可能提供的服务，对于实时应用来说这样的等待也是致命的。

５．虚拟内存管理。Ｌｉｎｕｘ系统采用的虚拟内存技术，对于分时系统来讲这是一个好

的解决办法，而对于实时系统却带来不可忍受的不可预测性。

从以上可以看出，单就操作系统服务角度，影响Ｌｉｎｕｘ实时化的主要因素包括：调度机制的选择，Ｌｉｎｕｘ的时间片粒度，中断处理，内核的非抢占特性等。针对以上Ｌｉｎｕｘ内核实时性能不强的原因，对２．６内核的实时性进行改造主要从实时调度算法、虚拟内存、减少Ｌｉｎｕｘ的调度延时三个方向出发。ｌＯ

长安人学硕．仁学位论文

第三章Ｌｉｎｕｘ系统实时性优化

Ｌｉｎｕｘ应用于嵌入式系统中，实时性是一个大问题。改进Ｌｉｎｕｘ实时性能有多种方法，本章我们将以Ｌｉｎｕｘ内核源码２．６．１２为基础，通过对Ｌｉｎｕｘ内核实时性不强的原因进行分析研究，并从实时调度算法、虚拟内存、调度延时等方面对Ｌｉｎｕｘ内核进行实时性能的改进，并对改进后的内核实时性能进行验证与分析。

３．１针对嵌入式应用的实时性优化

目前世界上已有几种商业ＲＴＯＳ，如ＱＮＸ、ＶｘＷｏｒｋｓ、ｐＳＯＳ和Ｎｕｃｌｅｕｓ等。它们一般价格昂贵且互不兼容．作为以出卖软件使用许可证为盈利目的商业ＲＴＯＳ，它们通常严守技术秘密，这同时也限制了它们的发展。与之相反，ＧＰＬ协议下的Ｌｉｎｕｘ及其相关项目的开放源码特征为我们在前人基础上顺利进行更深入的研究提供了可行性。目前。引起广泛关注且具代表性的Ｌｉｎｕｘ内核实时支持研究项目有：ＲＴ－Ｌｉｎｕｘ，ＲＴＡＩ，ＲＥＤ—Ｌｉｎｕｘ，ＫＵＲＴ。它们各有其独到之处及鲜明的技术特征。

３．２当前Ｌｉｎｕｘ内核实时改进优化的主流技术

１．ＲＴ－Ｌｉｎｕｘ和ＲＴＡＩ

ＲＴ－Ｌｉｎｕｘ将Ｌｉｎｕｘ内核设计为可被抢占的，实现硬实时。主要方法是实现一个实时内核负责处理硬件消息，实时任务可在该内核上直接运行，把Ｌｉｎｕｘ内核本身作为优先级最低的Ｉｄｌｅｔａｓｋ运行。该实时内核有自己的基于优先级的调度算法。Ｌｉｎｕｘ内核随时可以被优先级更高的实时任务抢占，如图３．１所示。实时任务与Ｌｉｎｕｘ进程之间通过特定的通信机制（如ＦＩＦＯ管道）进行通信。运行在Ｌｉｎｕｘ内核之上的进程则可以完成一些非实时功能。

ＲＴＡＩ的方法与之类似，不同之处在于它定义了一组ＲＴＨＡＬ（ｒｅａｌ．ｔｉｍｅ

ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎｈａｒｄｗａｒｅ

咖只使用这组界面和Ｌｉｎｕｘ沟通。这样可以把对内核源码树的改动降低到可以控制的程度，其优点是可以避免ＲＴ－Ｌｉｎｕｘ对内核源码改动过大的问题，减少跟踪移植到新版Ｌｉｎｕｘ的工作量。ｌａｙｅｒ），ＲＴＨＡＩ将ＲＴＡＩ需要在Ｌｉｎｕｘ中修改的部分定义成一组程序界面，

第二章Ｌｉｎｕｘ系统实时性优化

Ｌｉｎｕｘ进程＼魍１副伊¨。。／

ｔ

Ｌｉｎｕｘ内核实时进程

软中断ｉ号ｔｔｔ

实时内核

ｔｔｔ硬中断信

硬件层

图３．１ＲＴ－Ｌｉｎｕｘ的双核解决方案

以上技术开创了Ｌｉｎｕｘ的硬实时支持的先河，其硬件中断接管方法对我们有借鉴意义。然而，它们提供的调度机制还不能满足复杂应用场合的需要，对Ｌｉｎｕｘ原有资源的利用也不够方便。

２．ＲＥＤ—Ｌｉｎｕｘ

与上述的可抢占内核不同。ＲＥＤ—Ｌｉｎｕｘ通过直接修改Ｌｉｎｕｘ内核源码，将内核中较长的例程剖分分为较小的代码块。即在代码中增加抢占点（ｐｒｅｅｍｐｔｉａｎｐｏｉｎｔ），导致内核在抢占点可以被抢占，通过这种方式可以减小内核抢占延迟。另外，ＲＥＤ．Ｌｉｎｕｘ的调度架构使得ＲＥＤ．Ｌｉｎｕｘ可以符合多种不同复杂度系统的调度需求。基本上，它分成调度器（ｄｉｓｐａｔｃｈｅｒ）和分配器（ａ１１０ｃａｔｏｒ）两部分，分配器在用户态执行，而调度器在内核态执行。分配器可以是中间件的一部分，负责将应用程序的资源请求转换成内核可以理解的形式。调度器作为一个内核模块存在，可动态加载。由它来最终决定进程的执行顺序。ＲＥＤ—Ｌｉｎｕｘ由于内核不可抢占而只能作为一种软实时方案，但它的调度架构是扩展ＲＴＯＳ适用范围的有益尝试。

３．ＫＵＲＴ－Ｌｉｎｕｘ

Ｋａｎｓａｓ大学所研制的ＫＵＲＴ－Ｌｉｎｕｘ使用不同的内核态控制实时进程的调度：眨３１２

长安大学硕上学位论文

１）普通态。内核下提供实时支持，这时与通常的Ｌｉｎｕｘ没有区别：

２）实时态。内核仅仅调度实时进程，非实时进程全部被挂起；

３）混合态。实时进程和非实时进程同时被调度。

ＫＵＲＴ可使用全部Ｌｉｎｕｘ原有系统调用，有利于充分利用Ｌｉｎｕｘ的软件资源，多态的实时进程调度方式容易产生的问题是，它的安全性过于依赖于应用程序员，若内核态之间的切换没有很好地实现，那么由此而带来的实时进程和非实时进程之间的不正确交替会导致系统崩溃，因此，寻求一种合理的实时和非实时混合调度机制是待解决的问题。

以上方案各有其可借鉴之处，但如果综合考虑任务响应时间，硬中断控制和实时调度策略等几个影响操作系统实时性能的重要方面，它们还下能很好地满足实时应用需求。因此借鉴以上方法的优点，进行新的研究。

３．３Ｌｉｎｕｘ２．６内核的改进

用于移植的Ｌｉｎｕｘ内核应该优先选用稳定版的内核，如２．４．Ｘ或２．６．Ｘ版内核。目前用于嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统的内核大多数使用２．４．Ｘ版的内核，但是，随着嵌入式微处理器性能的不断增强及其应用范围的日趋扩大，Ｌｉｎｕｘ２．６版内核由于其自身所具有的针对嵌入式系统应用的显著特点，必将会越来越多的被应用于嵌入式Ｌｉｎｕｘ系统之中。

Ｌｉｎｕｘ２．６具有强有力的特性，这些特性旨在改进高端企业服务器的性能和支持越来越多的嵌入式设备。对于嵌入式系统领域，添加了针对大量新的体系结构和嵌入式微处理器类型的支持——包括对那些没有内存管理单元ＭＭＵ系统的支持。

在嵌入式系统方面，实时可靠性是嵌入式应用较为普遍的要求，尽管Ｌｉｎｕｘ并非一种真正的实时操作系统，然而由于２．６版的内核在多个方面的改进，使它在响应性方面相比以前版本的内核有了巨大的改善。其中，在提高系统中断性能和调度响应时间方面，主要涉及到内核中三个方面的重大改进：采用可抢占式内核、Ｏ（１）调度算法以及增强的同步机制。

１．内核抢占

与大多数通用操作系统一样，包括Ｌｉｎｕｘ２．４在内的早期的内核版本，不允许抢占以核心态运行的任务，例如处于系统调用中的任务，除非它们主动释放ＣＰＵ，否

第二章Ｌｉｎｕｘ系统实时性优化

则将一直控制ＣＰＵ资源直到该系统调用返回。在此期间，调度器都将被禁止运行。这必然会会导致重要的任务因为等待系统调用结束而被延迟。

一个内核任务可以被抢占，目的是让重要的用户应用程序可以优先执行，这将显著地降低用户交互式应用程序、多媒体应用程序等类似应用程序的延迟。这一特性对实时系统和嵌入式系统来说特别有用。为此，２．６内核中引入了内核抢占点机制，在内核代码中插入了抢占点，允许调度程序中止当前进程而调用更高优先级的进程，通过对抢占点的测试避免不合理的系统调用延时。２．６内核在一定程度上是可抢占的，比２．４内核具备更好的响应性。但也不是所有的内核代码段都可以被抢占，可以通过锁定内核代码的关键部分，不允许抢占。锁定可以确保ＣＰＵ的数据结构和状态始终受到保护而不被抢占。

２．Ｏ（１）调度器

２．６版本的Ｌｉｎｕｘ内核的调度器被完全的重写，使用了由ＩｎｇｏＭｏｌｎａｒ开发的新的调度器算法，称为Ｏ（１）算法，它在高负载的情况下执行得极其出色，并且当有很多处理器时也可以很好的扩展。

为了决定接下来哪个任务将会运行，早期的调度程序需要查找整个就绪队列，并且计算它们的重要性以决定下一步调用的任务，需要的时间随就绪任务的数量而改变。Ｏ（１）算法则不再每次扫描所有的任务，调度器使用了两个优先级数组，即活动数组和过期数组，可以通过指针来访问它们。活动数组中包含了所有映射到某个ＣＰＵ而且时间片尚未用尽的任务。过期数组中包含了一个时间片已经用尽的所有任务的有序列表。当任务就绪时被放入一个活动队列中，调度程序每次从中调度适合的任务运行，因而每次调度都是个固定的时间。在２．４版本的调度器中，时间片重算算法要求在所有的任务都用尽它们的时间片以后，它们的新时间片才会被重新计算。新的调度器在任务运行时就计算并分配一个时间片，当时间片结束，该任务将放弃处理器并根据其优先级转到过期队列中。如果所有活动任务的时间片都已用尽，那么指向这两个数组的指针互换，过期数组（包含了准备运行的任务）成为活动数组，而空的活动数组成为包含过期任务的新数组。

３．增强的同步机制

多进程应用程序需要共享内存和外设资源，为避免竞争采用了互斥的方法保证资源在同一时刻只被一个任务访问。早期的Ｌｉｎｕｘ内核用一个系统调用来决定一个线１４

长安人学硕．１：学位论文

程是否应该阻塞或是继续执行来实现互斥，如果是线程继续执行这种情况，这个费时的系统调用就没有必要了。Ｌｉｎｕｘ２．６内核所支持的“ｆｕｔｅｘｅｓ”（ＦａｓｔＵｓｅｒ－ＳｐａｃｅＭｕｔｅｘｅｓ）同步机制可以从用户空间检测是不是需要阻塞线程，只有在需要时才执行系统调用终止线程。与传统的线程库所支持的ｍｕｔｅｘ操作不同，这是部分基于内核的（ｐａｒｔｉａｌｌｙｋｅｍｅｌｂａｓｅｄ），同时也支持设置优先级使得高优先级的应用或线程优先获得竞争的资源。

此外，Ｌｉｎｕｘ２．６内核中与嵌入式系统相关的还包括以下一些重要改进：

１）Ｌｉｎｕｘ的Ｉ／Ｏ子系统经过很大的修改，使得它在各种工作负荷下都更具响应

性。这个变化包括Ｉ／Ｏ调度子系统，决定何时、哪一进程去读一个设备的内

核代码的完全重写。重写的Ｉ／Ｏ层现在可以更好地保证没有进程过长时间地

停留在Ｉ／Ｏ等待上，同时并不排斥以前的优化工作。

２．）Ｌｉｎｕｘ的线程框架被重写，以使ＮＰＴＬ（ＮａｔｉｖｅＰＯＳＩＸＴｈｒｅａｄＬｉｂｒａｒｙ）可以运

９．０行其上（实际上，ＲｅｄＨａｔ已经将它向后移植到了Ｌｉｎｕｘ２．４，从ＲｅｄＨａｔ

中开始包含）。新的线程模型基于一个内核线程对应一个用户线程的１：ｌ的线

‘程模型，包括内核对新的ＮＰＴＬ的支持，这是对以前内核线程方法的明显改

进。Ｌｉｎｕｘ２．６内核同时还提供了ＰＯＳＩＸ信号和ＰＯＳⅨ高精度定时器。ＰＯＳＩＸ

信号不会丢失，并且可以携带线程间或处理器间的通信信息。嵌入式系统要

求系统按时间表执行任务，ＰＯＳＩＸ定时器可以提供１０００Ｈｚ的触发器使这一

切变得简单，从而可以用更高的精度控制任务调度。

３）内核中加入了多种微控制器的支持。Ｌｉｎｕｘ２．６内核中加入了许多流行的ＳＯＣ

的支持，如ＸＳｃａｌｅ．￥３Ｃ２４Ｘ０等。无ＭＭＵ的处理器以前只能利用一些改进

的分支版本，如ｕＣｌｉｎｕｘ，而Ｌｉｎｕｘ２．６内核已经将其整合进了新的内核中，

开始支持多种流行的无ＭＭＵ微控制器，如Ｄｒａｇｏｎｂａｌｌ，ＣｏｌｄＦｉｒｅ，Ｈｉｔａｃｈｉ

Ｈ８／３００。Ｌｉｎｕｘ在无ＭＭＵ控制器上仍旧支持多任务处理，但没有内存保护

功能。

嵌入式应用有用户定制的特点，硬件设计都针对特定应用开发，这给系统带来对非标准化设计支持的问题。为了更好地实现，可以采用部件化的操作系统。Ｌｉｎｕｘ２．６采用系统架构将功能模块化，可以定制而对其他部分影响最小。同时Ｌｉｎｕｘ２．６提供了多种新技术的支持以实现各种应用开发，如ＡＬＳＡ

１５（ＡｄｖａｎｃｅｄＬｉｎｕｘＳｏｕｎｄ

第■章Ｌｉｎｕｘ系统实时性优化

Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）和Ｖｉｄｅ０４Ｌｉｎｕｘ等，对多媒体信息处理更加方便；对ＵＳＢ２．０的支持，提供更高速的传输，增加蓝牙无线接口、音频数据链接和面向链接的数据传输协议Ｌ２ＣＡＰ（ＬｏｇｉｃａｌＬｉｎｋＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＡｄａｐｔａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃａｌ，逻辑连接控制和适配协议），满足短距离的无线连接的需要：而且在Ｌｉｎｕｘ２．６内核还可以配置成无输入和显示的纯粹无用户接口系统。

Ｌｉｎｕｘ２．６内核由于其自身所具有的针对嵌入式系统应用的显著特点，在稳定性、响应性、对设备支持的广泛性等方面相比以前版本的内核都有较大的提高，必将会越来越多的应用于嵌入式系统之中。因此，本文将讨论并实现Ｌｉｎｕｘ２．６内核的实时性优化。选用的是较新且较稳定的Ｌｉｎｕｘ．２．６．１２内核。

３．４Ｌｉｎｕｘ调度算法实时性的改进

Ｌｉｎｕｘ内核的调度算法采用ＦＩＦＯ，ＲＲ等调度算法，这些调度算法主要是针对ＰＣ机的，它们主要兼顾系统的吞吐率及系统的利用率，不能满足嵌入式系统的实时性要求，所以需要对调度算法进行改进，本节采用两个实时调度算法——最早截止期优先调度算法（ＥＤＦ）和速率单调调度算法（ＲＭ）对Ｌｉｎｕｘ内核的实时调度算法进行改进。３．４．１最早截止期优先调度算法（ＥＤＦ）性能分析

ＥＤＦ算法是一种可抢占的动态优先级调度算法，其按照任务的最终响应时限来调度，哪个任务的时限最早，就是最紧急的任务，就被赋予高优先级，得到优先调度。ＥＤＦ算法中任务优先级在其初始时并不固定，而根据其绝对最后期限改变，所以遵照ＥＤＦ算法调度的处理器总是执行所有任务中最早达到绝对最后期限的任务。【１４】【１５】

ＥＤＦ算法是一种最优的单处理器动态调度算法，也就是说，假如ＥＤＦ算法在单处理器上对一个任务集合不能合理调度，那么其它算法也不能够对该任务集合理调度。

ＥＤＦ调度算法的实现步骤如下：

１．检查任务队列中所有就绪任务；

２．比较所有任务的最后时间期限；

３．将具有最先时间期限的任务给予最高优先级，即最先执行该任务。

ＥＤＦ算法的吸引力在于效率高、容易计算和推断，这是动态优先级调度研究的一个主要组成部分。ＥＤＦ的缺点在于，理论表明这种算法能对可调度负载进行优化，１６

长安大学硕｝：学位论文

但是它不能解决过载问题。发生过载时，导致ＣＰＵ时间大量花费在调度上，性能退化很快。

实时系统若有ｍ个周期性事件，事件ｉ的周期为只，其中每个事件需要Ｇ秒的ＣＰＵ时间来处理，则只有满足以下条件：

ｆ＜穗

∑

ｆ－ｌ（ｅｆ／Ｐｆ）≤１（３．１）

才可能处理所有负载，满足该条件的系统任务集称为可调度的（Ｓｃｈｅｄｕｌａｂｌｅ），在所有的单处理器调度算法中，ＥＤＦ调度算法对于处理单处理器是最优的。

３．４．２实时调度算法（ＥＤＦ）的实现

ＥＤＦ调度算法对处理单处理器的实时调度是最优的，为了实现ＥＤＦ调度算法，对内核的数据结构、算法相关的源代码做了相应的修改，主要修改的内容如下：

１．主要数据结构的修改：

１）调度策略

与其它三种已有的调度策略类似，首先在原来头文件：ｓｃｈｅｄ．ｈ中增加宏定义ＳＣＨＥＤＥＤＦ：

＃ｄｅｆｉｎｅＳＣＨＥＤＮＯＲＭＡＩ，

＃ｄｅｆｉｎｅＳＣＨＥＤＦＩＦＯ

＃ｄｅｆｉｎｅＳＣＨＥＤＲＲ

＃ｄｅｆｉｎｅＳＣＨＥＤＥＤＦ２３１Ｏ／／新增加的调度

这样只是在内核调度策略中增加了ＥＤＦ调度算法，要实现ＥＤＦ调度算法还需要对内核的其它部分进行修改。

２）调度任务结构

在进程控制块ｔａｓｋｓｔｒｕｃｔ中增加采用ＥＤＦ调度策略任务的属性：

ｓｔｒｕｃｔＥＤＦ＿ｓｔｒｕｃｔ；

｛

ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇｄｅａｄｌｉｎｅ；

’ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇｐｅｒｉｏｄ；

ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇｒｅａｄｙ＿ｔｉｍｅ；１７

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