Linux实时化解决方案Xenomai的原理及应用

在基于Adeos的系统中，分为多个域。每个域中独立运行一个操作系统（或者是实现一定功能的程序模块），每个域可以有独立的地址空间和类似于进程、虚拟内存等的软件抽象层。在各个域下层有一个Adeos通过虚拟中断等方法来调度上面的各个域。在基于Adeos的系统中，存在着A、B、C、D四种类型的交互，如图1所示。

A类交互是各个域直接操作硬件设备，包括访问内存等；B类交互指当Adeos接收到硬件中断后，会根据中断来对相应的域进行中断服务；C类交互指当前域内的操作系统主动向Adeos请求某些服务；D类交互是指Adeos接收硬件产生的中断和异常，同时也可以直接控制硬件。

2.2Xenomai用户层实时的实现

Xenomai除了在内核层利用Adeos实现了硬实时外，它在用户空间也有很好的实时性。在S3C2410平台上，为了实现用户层的实时，Xenomai实现了一个硬件计数器--Decrementer.这个硬件计数器可以在用户空问里很好地模拟TSC（Time Stamp Counter,时间戳计数器）。

同时，Xenomai在Linux内核中加入了一个全新的数据结构__ipipe_tscinfo,可以通过此数据结构变量存放用户层需要的数据。该数据结构组成如下：

用户层，应用程序通过系统调用可以迅速得到struct_ipipe_tscinfo结构体中的数据。而且为了避免受到缓存的影响，Xenomai将此结构体变量存放在Linux的向量页中。

内核通过函数_ipipe_mach_get_tscinfo来填充struct_ipipe_tscinfo结构体变量中的各项内容：

其中，info一>typte说明在S3C2410平台上TSC是基于Decrementer硬件计数方式的；info一>u.dec.counter用来将Decrementer计数器的物理地址设定为0x51000038;info一>u.dec.mask掩码用来注明使用Dec-rementet.计数器中的特定位；info一>u.dec.tsc指向存放64位TSC值的区域。

在Xenomai用户层的实时程序运行时，程序都会通过系统调用得到内核填充好的struct_ipipe_tscinfo结构体变量。具体实现可参考编译用户层实时程序时用到的，由Xenomai所提的头文件/usr/xenomai/include/asm/syscall.h.

2.3 Xenomai多API构架

除了提供Linux硬实时，Xenomai的另一个目的是使基于Linux的实时操作系统能提供与传统的工业级实时操作系统（包括VxWorks、pSOS+、VRTX或者uITRON）功能相同的API.这样，可以让这些操作系统下的应用程序能够很容易地移植到GNU/Linux环境中，同时保持很好的实时性。

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