基于Linux 系统的内核编译及实时RTAI 架构①

2012-07-09张静，宋珂，章桐

佳木斯大学学报（自然科学版） 2012年1期

张静，宋珂，章桐

(同济大学中德学院，上海201804)

0 引言

所谓实时系统(real－time system)是指其在计算和动作方面具有性能期限、对于外界的刺激都能由计算机给出及时响应的系统[1]．全球许多科技公司和研究机构都对Linux的实时性进行了研究和改进．在众多改进方案中，实时应用接口(Real－TimeApplication Interface，RTAI)和实时 Linux(Real－time－Linux，RT－Linux)以其出色的性能，成为了目前主流Linux实时性改进方案．RTAI与RT－Linux相比，其结构更加灵活，代码修改量更小，研发周期更短[2]．

RTAI项目是由意大利米兰理工学院航天工程系发起开发的遵循GPL的开源项目，RTAI在ARM平台上的移植，是从 3．2版本开始的，是基于Adeos实现的，它的硬件抽象层HAL使用Adeos提供的服务．也就是说，RTAI实现了Adeos中的一个域，通过Adeos实现RTAI域的初始化、中断的申请、中断服务程序的注册等[3]．

RTAI在Adoes系统中的域优先级高于Linux域(也就是根域)，每当中断到来之后，Adeos先调度RTAI对该中断进行处理、执行中断相关的实时任务，只有当RTAI没有实时任务和中断需要处理的时候，Adeos才会调度Linux运行，这就保证了RTAI的中断响应速度和实时任务不受Linux的影响，从而提供了实时系统的可确定性[4]．

1 Linux操作系统的编译与实现

1．1 Linux系统的安装、内核及RTAI选型

我采用的是 Ubuntu 8．04．4 的 Wubi安装，8．04．4是Ubuntu系统的稳定版本，这样成功性较高．首先查看一下默认的内核版本，在终端内输入指令zj@zj－desktop:～$uname–r显示默认的内核版本是 2．6．24．26 － generic．那么接下来就要选择一款RTAI的版本，我选择了RTAI－3．7，进入RTAI－3．7 的/rtai－3．7/base/arch/i386/patches，可以查看此版本RTAI支持的内核版本．如图1所示．

图1 支持的内核版本

由此我们选择了 Linux －2．6．20．21．登录已安装完成的Ubuntu系统，在终端输入

进入/usr/src目录，解压文件此时会在/usr/src目录下出现两个文件夹linux－2．6．20．21 和 rtai－3．7

1．2 内核配置

接下来给内核打上相应的RTAI补丁，首先确保安装patch工具

配置Linux内核，内核两种编译模式:编译成内核与编译成模块．可以把相应部分编译到内核中，也可以把该部分编译成模块，动态调用．如果编译到内核中，在内核启动时就可以自动支持相应部分的功能，这样的优点是方便、速度快，机器一启动，这部分功能同时启动;缺点是会使内核变得庞大起来，不管你是否需要这部分功能，它都会存在(这是Windows的做法)．

如果编译成模块，就会生成对应的．o文件，在使用的时候可以动态加载，优点是不会使内核过分庞大，缺点是你得自己来调用这些模块．建议经常使用的部分直接编译到内核中，比如输入设备、网卡等．

在ubuntu下推荐使用图形化的配置菜单，可以先执行命令make mrproper，它将清除目录下所有配置文件和先前生成核心时产生的中间文件[5]．

如图2←no

(2)．Enable loadable module support→(允许可装载的模块支持)→ Module versioning support(模块支持的版本)=no不同的内核在使用同一模块时区别于塔原有的模块，此处不选．

Enable loadable module support→Module unloading(模块卸载)这个选项可以卸载不再使用的模块，如果不选将不能卸载任何模块．

(3)．Processor type and features→(处理器的类型和特性)→Symmetric multi－processing support(对称多处理器支持)=no如果有多个CPU或者使用的是多核CPU就选上．此时"Enhanced Real Time Clock Support"选项必须开启，"Advanced Power Management"选项必须关闭

图2 内核配置界面

Processor type and features→Interrupt pipeline=yes

Processor type and features→Subarchitecture Type(子构架类型)=PC－compatible标准的PC或兼容机．

Processor type and features→Processor family(处理器系列)=core 2/newer xeon根据实际CPU选择，我的电脑是酷睿双核．

Processor type and features→Generic x86 support(通用x86支持)=no CPU能在上述”Processor family”中找到就可不选

Processor type and features→Multi－core scheduler support(针对多核CPU进行调度策略优化)=yes

Processor type and features→Preemption Model(内核抢占模式)→Preemptible Kernel(Low－Latency Desktop)(适合运行实时程序的主动内核抢占)→yes

(4)．Power management options(ACPI，APM)→Power Management support(电源管理选项)=no电源管理有APM和ACPI两种标准且不能同时使用，即使关闭该选项，X86上运行的Linux也会在空闲时发出HLT指令将CPU进入睡眠状态．

Power management options(ACPI，APM)→CPU Frequency scaling(CPU变频控制)→CPUF requency scaling Power management options=no CPU变频控制允许在运行中改变CPU主频，达到省电和降温的目的，但是这个驱动不会自动改变CPU的时钟速度，选择no．

注意主菜单最后有两项:

Load an Alternate Configuration File

Save an Alternate Configuration File

先选第一项的意思是，你也可以使用当前系统正在使用的配置文件来配置将要编译的内核，然后选第二项保存，最后退出配置界面．操作方法如下:

假如当前系统正在使用的内核版本号为Linux－＜current version＞，其正在使用中的内核配置为/usr/src/linux－headers－＜current version＞－generic/．config将其拷到/usr/src/linux－＜new version＞目录下．

然后选择Load An Alternate Configuration File读取配置文件，然后再此基础上进行修改最后保存退出．