精品文檔-下載后可編輯“硬實時”為Linux注入新活力-基礎電子將Linux作為電子設備的軟件開發和運行平臺，這早已成為設備軟件領域的熱門話題，這的確可以為電子產品制造企業帶來不少好處。然而，由于Linux一直都只能提供軟實時(softreal-time)性能，而在汽車控制、工業控制、電信基礎建設等諸多需要硬實時性能的應用中，都無法采用只有“軟實時”能力的Linux，這就使得許多對時間較為敏感的應用都成為Linux難以涉入的禁地。近，美國風河系統公司從FSMLabs購買了硬實時Linux技術——RTLinux，并將其與風河的Linux設備軟件平臺的結合，為電子設備制造商提供一套成熟、可靠的全新技術，用于開發和部署各種基于Linux的下一代應用，滿足電子設備制造商們對“硬實時（hardreal-time）”特性的需求，例如功能型手機、需要高容量流媒體的數字圖像應用以及包括車輛避撞系統在內的各類車載應用等。其中，集成RTLinux技術的WindRiverPlatformforConsumerDevices,LinuxEdition可以把各種基于Linux的高速包交換設備軟件應用提升到一個全新的高性能級別。那么，就讓我們一起來了解一下，“硬實時”和“軟實時”有什么樣的區別，哪些場合必須有“硬實時”的軟件系統來實現，以及怎樣才能獲得真正具有“硬實時”特性的Linux平臺。

實時性的“軟”和“硬”

實時操作系統(Real-timeOS)是相對于分時操作系統(Time-SharingOS)的一個概念。在一個分時操作系統中，計算機資源會被平均地分配給系統內所有的工作。在分時系統中，各項任務需要花多長時間來完成，這一點并不重要；而在一個實時操作系統之中，關注的是每個任務在多長時間內可以完成。簡單地說，實時和分時操作系統的不同在于“時限(deadline)”這個概念。

從上述區別中可以看出，在實時操作系統中，系統必須在特定的時間內完成指定的應用，具有較強的“剛性”，而分時操作系統則注重將系統資源平均地分配給各個應用，不太在意各個應用的進度如何，什么時間能夠完成。不過，就算是實時操作系統，其“剛性”和“柔性”的程度也有所不同，就好像是系統的“硬度”有所不同，因而有了所謂的“硬實時(hardreal-time)”和“軟實時(softreal-time)”。硬實時系統有一個剛性的、不可改變的時間限制，它不允許任何超出時限的錯誤。超時錯誤會帶來損害甚至導致系統失敗、或者導致系統不能實現它的預期目標。軟實時系統的時限是一個柔性靈活的，它可以容忍偶然的超時錯誤。失敗造成的后果并不嚴重，例如在網絡中僅僅是輕微地降低了系統的吞吐量。

當你從事設備軟件開發時，首先需要知道該系統究竟屬于硬實時、軟實時還是非實時系統，這一點很重要。這三種系統所要求的編程技術和規范存在很大差別。

風河公司認為，硬實時與軟實時之間關鍵的差別在于，軟實時只能提供統計意義上的實時。例如，有的應用要求系統在95%的情況下都會確保在規定的時間內完成某個動作，而不一定要求100%。在許多情況下，這樣的“軟性”正確率已經可以達到用戶期望的水平。比如，用戶在操作DVD播放機時，只要98%的情況都能正常播放，用戶可能就滿意了；而發射衛星、控制核反應堆的應用系統，這些系統的實時性必須達到100%，是不允許出現意外的。

何時需要“硬實時”？

幾乎在每個行業垂直市場都有大量的應用系統要求必須采用硬實時才能達到。例如，在網絡基礎設施市場，電信應用的關鍵業務常常就對硬實時、軟實時和超高速包傳輸提出了綜合性的要求。在許多對服務水平有特定要求的話音和其它媒體流傳輸應用中，對硬實時的要求顯然超出了市場上現有通用操作系統所能提供的水平。高吞吐量以及高密度數據交換網絡也會令簡單的網絡堆棧和傳統In-House的嵌入式操作系統陷入性能拙劣的泥潭。

即使在當今的消費電子市場，移動電話中的調制解調器控制和應用處理都離不開硬實時技術，以便減少芯片組的數量，降低硬件成本。特別是手機設計者希望采用單核處理器來實現這些功能的時候就更是如此。在數字音響和視頻設備中，更是不乏硬實時技術的大量應用。數碼相機的快門只要被按下，就必須跟隨一連串確定的動作，否則就無法拍出高質量的照片。

更嚴重的情況是，在有些領域系統出錯可能導致重大的損失，甚至是人命關天的。例如航空與國防應用中的指令控制、導航、安全、武器控制等，還有飛機駕駛模擬系統等應用，都需要將復雜的計算、存儲、顯示和機電控制系統有條不紊地協調起來。工業生產流水線，特別是在化工、電力、交通等行業，都有許多度極高的機電控制系統。所有這些應用，毫無疑問都必須建立在硬實時技術的基礎之上。

怎樣獲得真正的硬實時Linux?

如果我們在整個業界尋找有硬實時性的操作系統，大家公認的一定是風河系統公司的VxWorks。以此為參照，可以讓我們對市場上可供選擇的實時性Linux操作系統有一個更為清晰的認識。首先，VxWorks與Linux相比，實現硬實時性的方式是完全不同的。VxWorks從基礎的架構開始就是按照硬實時性的標準來設計的，因此從操作系統整體架構，到其中的每一個組成部分，都具有無可挑剔的硬實時性。

Linux本身原來并不是為了實時性而設計的操作系統。為了在Linux系統中增加實時性，典型的方法是采用“架空”Linuxkernel，使得real-time進程得以盡快的被執行。所以，這種系統中的實時任務(real-timetask)其實并不是一個Linux的進程，而是一個Linux的可加載的Kernel模塊(loadablekernelmodule)，或者是一個實時驅動程序的架構，算不上是真正的real-timeLinux。但由于它出現的早，且其架構很符合自動控制的需求，因此使用者非常多。

風河系統公司近從FSMLabs購買的硬實時Linux技術——RTLinux，是一個完整的發布版本，把Linuxkernel、文件系統和工具鏈（toolchain）與RTCore硬實時執行技術結合起來，形成了一個基于Linux的完整硬實時解決方案。風河公司經過測試驗證發現，針對不同的測試基準，其性能可以達到軟實時Linux系統的2-5倍。

簡單地說，RTCore是一個為了達到實時性而進行的“中斷抽象”。這種實時執行技術提供了一個硬件抽象層，可以管理系統中所有的硬件中斷，處理所有的實時響應。當所有的實時請求都處理完后，才把非實時性的工作交給標準的Linuxkernel。這種做法可以獲得雙重好處——一方面為應用提供了必須的硬實時能力，另一方面又不需要對標準Linux進行任何修改，從而可以保證對于第三方應用以及其他Linux進程的完全兼容性。

也許有人會問，現在已經有開放源代碼的硬實時Linux，為什么風河公司還有花錢去買過來，再補充到自己原有的Linux平臺之中呢？風河公司認為，購買RTCore技術可以讓WindRiverLinux平臺擁有成熟并且經過實用測試硬實時能力，立刻向電子設備廠商提供相應的解決方案。盡管在開放源碼社區可以獲得實時Linux技術，但是RTLinux是提供商業化支持與服務的硬實時Linux解決方案。還有些宣稱具有實時性的Linux解決方案，并不一定具有硬實時能力，而且更重要的是，在這種平臺上所開發的應用軟件很難在多種架構平臺之間移植。總之，風河公司購買并融合RTCore技術，將會使WindRiverLinux平臺的客戶在獲得硬實時特性