rtlinux - system czasu rzeczywistego full.pdf - moje ebooki - twojtrener

IDZ DO

PRZYK£ADOW Y ROZDZIA£

RTLinux – system

SPIS TRECI

czasu rzeczywistego

KATALOG KSI¥¯EK

KATALOG ONLINE

Autorzy: Kazimierz Lal, Tomasz Rak, Krzysztof Orkisz

ISBN: 83-7197-898-7

Format: B5, stron: 116

ZAMÓW DRUKOWANY KATALOG

TWÓJ KOSZYK

DODAJ DO KOSZYKA

Systemy czasu rzeczywistego stanowi¹ specyficzn¹, ale bardzo wa¿n¹ dziedzinê

wspó³czesnej informatyki. Z³o¿onoæ samego przetwarzania w czasie rzeczywistym

oraz fakt, ¿e oprogramowanie czasu rzeczywistego jest implementowane najczêciej

w niewidocznych, najni¿szych warstwach systemów informatycznych, sprawia, ¿e te

elementy s¹ ukryte przed przeciêtnymi u¿ytkownikami, a wiedza na ich temat jest

niewielka i trudno dostêpna.

Typowymi i najliczniejszymi przedstawicielami systemów czasu rzeczywistego s¹

systemy sterowania procesów przemys³owych, czêsto nale¿¹ce do klasy systemów

okrelanych jako wbudowane. Ich zadaniem jest sterowanie liniami technologicznymi,

obrabiarkami, robotami, uk³adami napêdowymi itp. W ¿yciu codziennym systemy te

stosowane s¹ stosowane w nowoczesnych aparatach fotograficznych do okrelania

parametrów ekspozycji, w samochodach do sterowania bezporednim wtryskiem

paliwa oraz w osobistych komputerach kieszonkowych.

Ksi¹¿ka opisuje RTLinux, darmowy system operacyjny czasu rzeczywistego oparty na

Linuksie. Nowoczesna architektura i szeroki wybór platform, na których pracuje, czyni

go interesuj¹cym dla wszystkich osób potrzebuj¹cych takiego systemu. W ksi¹¿ce

znajdziesz opisane:

• Architekturê Linuxa i modyfikacje wprowadzone w systemie RTLinux

• Instalacjê i konfiguracjê RTLinuxa

• Tworzenie aplikacji czasu rzeczywistego

• Prosty system pomiarowy czasu rzeczywistego

Uzupe³nieniem ksi¹¿ki s¹ dodatki opisuj¹ce dok³adnie pe³n¹ listê funkcji

implementowanych przez RTLinux, a tak¿e przyk³ady ich praktycznego wykorzystania.

CENNIK I INFORMACJE

ZAMÓW INFORMACJE

O NOWOCIACH

ZAMÓW CENNIK

CZYTELNIA

FRAGMENTY KSI¥¯EK ONLINE

Wydawnictwo Helion

ul. Chopina 6

44-100 Gliwice

tel. (32)230-98-63

e-mail: helion@helion.pl

Spis treci

Wstp ...............................................................................................5

Rozdział 1. Linux a czas rzeczywisty ..................................................................11

Jdro systemu....................................................................................................................11

Szeregowanie procesów....................................................................................................12

Rozdzielczo szeregowania.............................................................................................12

Wywołania systemowe......................................................................................................13

Przerwania sprz"towe........................................................................................................13

Pami" wirtualna...............................................................................................................13

Optymalizacja wykorzystania zasobów systemowych .....................................................14

Rozdział 2. RTLinux...........................................................................................15

Podstawowe zało)enia.......................................................................................................15

Architektura systemu.........................................................................................................15

Wirtualny system przerwa,...............................................................................................17

Zadania czasu rzeczywistego ............................................................................................18

Szeregowanie zada,..........................................................................................................19

Odmierzanie czasu ............................................................................................................21

Komunikacja mi"dzyprocesowa .......................................................................................23

Kolejki czasu rzeczywistego.......................................................................................23

Pami" dzielona ..........................................................................................................24

Synchronizacja i wzajemne wykluczanie ...................................................................24

Rozdział 3. Instalacja i konfiguracja systemu RTLinux ........................................27

Pakiet.................................................................................................................................27

Historia........................................................................................................................27

Autorzy .......................................................................................................................28

Licencja.......................................................................................................................29

Zawarto....................................................................................................................30

Mini-RTL....................................................................................................................31

Przebieg instalacji .............................................................................................................32

Wybór dystrybucji ......................................................................................................32

Wymagania sprz"towe................................................................................................33

Wymagania dla rodowiska programistycznego ........................................................34

8ródła pakietów ..........................................................................................................36

Przebieg instalacji.......................................................................................................37

Kompilacja jdra ...............................................................................................................38

Konfiguracja i kompilacja RTLinuksa..............................................................................40

RTLinux — system czasu rzeczywistego

Moduły czasu rzeczywistego ............................................................................................43

Uruchamianie modułów systemowych.......................................................................43

Uruchamianie modułów czasu rzeczywistego u)ytkownika ......................................47

Rozdział 4. Aplikacje czasu rzeczywistego ...........................................................49

Standard POSIX................................................................................................................49

Struktura systemu RT-Linux.............................................................................................54

8ródła pomocy przy programowaniu zada, czasu rzeczywistego .............................56

Kompilacja modułów........................................................................................................57

Przykładowe problemy spotykane w aplikacjach RTLinuksa ..........................................57

Aplikacja „Hello World!”...........................................................................................57

Zadania czasu rzeczywistego......................................................................................59

Kolejki czasu rzeczywistego.......................................................................................60

Obsługa przerwa, systemowych.................................................................................63

Obsługa sygnałów czasu rzeczywistego w procesach Linuksa ..................................64

Zegar i funkcje konwersji czasu .................................................................................66

Pami" dzielona ..........................................................................................................68

Mechanizmy synchronizacji mi"dzyzadaniowej ........................................................69

Rozdział 5. Prosty system pomiarowy czasu rzeczywistego.................................73

Multimetr METEX 3650CR — dane techniczne..............................................................73

Komunikacja z multimetrem.............................................................................................74

Sterownik portu szeregowego...........................................................................................75

Moduł obsługi multimetru.................................................................................................78

Uwagi ko,cowe.................................................................................................................85

Rozdział 6. Podsumowanie ................................................................................87

Dodatek A Pełna lista funkcji implementowanych przez system RTLinux.............89

Funkcje charakterystyczne dla systemu............................................................................89

Podzbiór funkcji interfejsu POSIX, implementowany przez wersj" 3.1...........................91

Opcjonalne funkcje POSIX zale)ne od konfiguracji ........................................................93

Zmienne warunkowe POSIX ............................................................................................93

Semafory POSIX...............................................................................................................93

Funkcje o ograniczonym zakresie u)ywania ........................................................................94

Dodatek B Przykładowe programy z wykorzystaniem API systemu RTLinux.........95

Przechwytywanie przerwa,...............................................................................................95

Sygnały czasu rzeczywistego w procesach Linuksa .........................................................97

Dodatek C Architektura i386, a wielozadaniowe systemy operacyjne .................99

Zarzdzanie pami"ci w trybie chronionym .....................................................................99

Segmentacja................................................................................................................99

Stronicowanie (pami" wirtualna)............................................................................101

Ochrona...........................................................................................................................102

Przerwania i obsługa wyjtków.......................................................................................103

Zarzdzanie zadaniami....................................................................................................105

Bibliografia....................................................................................109

Skorowidz......................................................................................111

Rozdział 2.

RTLinux

Podstawowe załoenia

Dosy oczywistym rozwizaniem, eliminujcym wczeniej wymienione wady, wydaje

si by modyfikacja jdra Linuksa. Tak drog włanie wybrali twórcy systemu KURT

( http://www.ittc.ku.edu/kurt/ ). Konieczne zmiany to midzy innymi: wprowadzenie wy-

właszczajcego szeregowania procesów o stałym priorytecie, zwikszenie rozdzielczoci

szeregowania i wprowadzenie zegara wy*szej rozdzielczoci. Osignity kompromis

pozwolił na stworzenie systemu o łagodnych (ang. firm ) ograniczeniach czasowych.

Całkowicie inn drog do osignicia cech systemu operacyjnego (ale o twardych ograni-

czeniach czasowych — ang. hard real-time operating system ) wybrali twórcy RTLinuksa

[2, 3]. Inspiracj w tym wypadku była architektura eksperymentalnego systemu MERT,

zbudowanego przez badaczy z Bell Labs w latach siedemdziesitych. W zamierzeniach

system miał mie mo*liwo uruchamiania zarówno aplikacji czasu rzeczywistego,

jak i zwykłych programów. Intencj projektantów systemu MERT było stworzy nie

jeden system operacyjny, który wspiera obydwa typy przetwarzania, lecz sprawi, aby

system czasu rzeczywistego i system ogólnego przeznaczenia współistniały razem.

Twierdzili oni, *e … dostpno wyrafinowanego systemu ogólnego przeznaczenia na

tym samym komputerze, co system czasu rzeczywistego, dostarcza pot!nego narzdzia,

które mo!e by wykorzystane w projektach interfejsu człowiek-maszyna dla aplikacji

czasu rzeczywistego... [1].

Architektura systemu

Bazujc na ideach systemu MERT — RTLinux oddziela mechanizmy systemu operacyj-

nego czasu rzeczywistego od systemu operacyjnego ogólnego zastosowania. RTLinux

działa traktujc zwykłe jdro Linuksa jako zadanie pod kontrol niewielkiego i prostego

systemu operacyjnego czasu rzeczywistego. W istocie, Linux jest zadaniem tła (ang.

idle task ) dla RTLinuksa, wykonywanym jedynie wtedy, gdy *adne z zada: czasu rze-

czywistego nie ubiega si o procesor. Z zało*enia zadanie Linuksa nigdy nie mo*e zablo-

RTLinux — system czasu rzeczywistego

kowa przerwa: i zapobiec wywłaszczeniu siebie. Technicznym kluczem do osignicia

tego jest dodanie programowej warstwy emulujcej sprztowy mechanizm kontroli prze-

rwa:. Linux nigdy nie mo*e zablokowa przerwa: sprztowych. Kiedy podejmuje tak

prób, cz czasu rzeczywistego przechwytuje ten fakt, zaznacza odpowiednio i oddaje

sterowanie z powrotem do jdra Linuksa. Niezale*nie od trybu, Linuksowi nie pozwala

si na zwikszenie opó=nienia odpowiedzi na przerwanie czasu rzeczywistego. Kiedy zo-

staje zgłoszone przerwanie, jdro RTLinuksa przechwytuje je i decyduje, co z nim zrobi.

Jeli aktualnie istnieje procedura obsługi przerwania, pochodzca z zadania czasu rze-

czywistego — zostaje wywołana. Kiedy przerwanie jest obsługiwane przez Linuksa (lub

współdzielone z nim), jest oznaczane jako oczekujce. Po wykryciu próby włczenia

przerwa: przez jdro Linuksa wszystkie oczekujce przerwania s emulowane i wywo-

ływane s odpowiednie procedury obsługi.

Bez znaczenia jest to, w jakim trybie działa Linux. W trybie u*ytkownika, w trybie

systemowym czy nawet w sekcji krytycznej jdra, RTLinux jest w stanie zareagowa na

przychodzce przerwania. Techniczne aspekty dyskutowanych rozwiza: poddane s

szczegółowej analizie w podrozdziale „Wirtualny system przerwa:”.

RTLinux separuje mechanizmy jdra czasu rzeczywistego i mechanizmy jdra zwykłego

systemu (rysunek 2.1). Tak wic ka*dy z osobna mo*e by optymalizowany niezale*nie.

Jest tak zaprojektowany, *e wyeliminowane s sytuacje, w których musi czeka na zwol-

nienie jakichkolwiek zasobów przez Linuksa. RTLinux nie alokuje pamici, nie dzieli

sekcji krytycznych ani nie synchronizuje *adnych struktur danych, z wyjtkiem sytuacji

niezbdnych do współdziałania obydwu systemów.

Rysunek 2.1.

Architektura systemu

RTLinux [21]

Mechanizmy komunikacyjne u*ywane do wymiany danych pomidzy zwykłymi pro-

cesami a zadaniami czasu rzeczywistego s nieblokujce po stronie RTLinuksa. Nigdy nie

wystpuje przypadek, *e zadanie czasu rzeczywistego czeka na zakolejkowanie lub po-

branie danych z kolejki.

Jedn z kluczowych zasad projektowych RTLinuksa jest, aby pozostawi go jak naj-

mniejszym i jak najprostszym. Im mniej spraw do „załatwienia” po stronie RTLinuksa

i im wicej po stronie Linuksa, tym lepiej. Tak wic startem systemu, inicjalizacj urz-

dze:, ładowaniem modułów, systemem plików i dynamicznym przydzielaniem zasobów

zajmuje si zwykły system. Zadaniem RTLinuksa jest dostarczenie bezporedniego

dostpu do sprztu dla wtków czasu rzeczywistego, szeregowanie, dostarczanie me-

chanizmów odmierzania czasu i technik komunikacji midzyprocesowej.

rtlinux - system czasu rzeczywistego full.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: