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- 一、xenomai 3
- 二、xenomai3 结构
这是第二篇笔记。
一、xenomai 3
从xenomai3开始支持两种方式构建linux实时系统,分别是cobalt 和 mercury。
- cobalt :添加一个实时核,双核结构,具有实时内核cobalt、实时驱动模型RTDM、实时应用POSIX接口库libcobalt,基于libcobalt的其他API skins,如Alchemy API、VxWorks® emulator、pSOS® emulator等。
- mercury :基于直接修改linux内核源代码的PREEMPT RT,应用空间在glibc之上,添加xenomai API库,如下图所示。在不支持cobalt内核时,可使用该方法运行xenomai应用;当然,也可不需要PREEMPT RT,那么实时性就……
二、xenomai3 结构
mercury只是在glibc上加了一层皮,不是接下来研究的对象。我们看cobalt ,从底层硬件驱动、内核空间到用户空间,保证了实时任务的实时性。其整体结构如图所示。
在内核空间,在标准linux基础上添加一个实时内核Cobalt,得益于基于ADEOS(Adaptive Domain Environment for Operating System),使Cobalt在内核空间与linux内核并存,并把标准的Linux内核作为实时内核中的一个idle进程在实时内核上调度。
ADEOS (Adaptive Domain Environment for Operating System),提供了一个灵活的环境,可以在多个操作系统之间或单个OS的多个实例之间共享硬件资源,从而使多个优先级域可以同时存在于同一硬件上。早期在xenomai 2上使用。
2005年6月17日,Philippe Gerum发布用于Linux内核的I-pipe,I-pipe基于ADEOS,但是I-pipe更精简,并且只处理中断,xenomai3使用I-pipe。
ADEOS ,其核心思想是Domain,也就是范围的意思,linux内核有linux内核的范围,cobalt内核有cobalt内核的范围。两个内核管理各自范围内的应用、驱动、中断;两个domain之间有优先级之分,cobalt内核优先级高于linux内核;I-pipe优先处理高优先级域的中断,来保证高优先级域的实时性。此外,高优先级域可以通过I-pipe 向低优先级域发送各类事件等。
在用户空间,添加针对实时应用优化的库--libcobalt,libcobalt提供POSIX接口给应用空间实时任务使用,应用通过libcobalt让实时内核cobalt提供服务。
驱动方面,xenomai提供实时驱动框架模型RTDM(Real-Time Driver Model),专门用于Cobalt,基于RTDM进行实时设备驱动开发,为实时应用提供实时驱动。RTDM将驱动分为2类:
•字符设备(open/close, read, write, ioctl),如UART,UDD,SPI,Memory,……
•协议设备(socket, bind, send, recv, etc),如UDP/TCP,CAN,IPC,……
中断方面,I-Pipe(interrupt Pipeline)分发Linux和Xenomai之间的中断,并以Domain优先级顺序传递中断。I-Pipe传递中断如下图所示,对于实时内核注册的中断,会直接得到处理。对于linux的中断,先将中断记录在i-log,等实时任务让出CPU后,linux得到运行,该中断才得到处理。
实时内核cobalt与非实时内核linux相结合,既能提供工业级RTOS的硬实时性能,又能利用linux操作系统非常出色的网络和图形界面服务,在产品的开发周期和成本控制方面都有巨大优势 。
解析系统调用是了解内核架构最有力的一把钥匙,后续文章会以xenomai POSIX接口(libcobalt )为入口,解析xenomai内核。
参考链接:
ADEOS
Adaptive Domain Environment for Operating Systems
ELC-2018-Xenomai
Xenomai 3 – An Overview of the Real-Time Framework for Linux
Real-Time Linux Testbench on Raspberry Pi 3 using Xenomai