用 Real Time Linux 开始编程的最佳方式是啥？

Posted 2023-02-19

【中文标题】用 Real Time Linux 开始编程的最佳方式是啥？

【英文标题】：What is the best way to start programming with Real Time Linux?用 Real Time Linux 开始编程的最佳方式是什么？

【发布时间】：2015-06-04 04:14:59

【问题描述】：

虽然我用 C 实现了许多项目，但我对操作系统完全陌生。我在 Discovery board (STM32) 上尝试了实时 linux，并得到了 LED 闪烁的正确结果，但我并不真正了解整个过程，因为我只是按照步骤操作，在互联网上找不到每个步骤的完整描述。

我想在实时 Linux 上实现调度。最好的开始方式是什么？有没有可用的网站、书籍、教程？

完整的 RTLinux 进程描述将不胜感激。

感谢广告。

【问题讨论】：

像这样的类似问题，“最好的”(IMOHO) 方法就是Go and Do It。然后 Do It Again 和 Again .. 如果你不知道从哪里开始，研究一个已经开始的项目并努力/模仿它。如果您对特定代码行或流程有特定问题，请阅读文档（或具体询问）。调整学习策略以适合您。

【参考方案1】：

从“裸机”到基于操作系统的编程的转变是我反过来经历的。我从一个完整的软件人开始，完全进入了操作系统方面，随着时间的推移，我转向了相反的方向（甚至用 VHDL 设计电路！）。我的建议是从简单开始。 Linux 相当复杂，无论你在哪里看到，都有许多层一起工作以交付最终产品。如果您对实时 linux 扩展一无所知，我很乐意向您推荐 https://xenomai.org/，这是 linux 的实时扩展。

但是，要更具体地解决您关于在 Linux 中实现调度的问题，您可以，但这将是大量工作并且可能非常复杂。操作系统使用完全公平的调度过程（http://en.wikipedia.org/wiki/Completely_Fair_Scheduler），每当你启动一个线程时，它就会被添加到列表中以运行。如果您在内核空间中将代码实现为驱动程序、依赖硬件中断等，这可能会略有不同，但总的来说，这就是 Linux 的工作方式。实时通常意味着它能够为线程分配几个不同的优先级之一，并在任何给定时间充分利用线程抢占，这些概念实际上并不是 vanilla Linux 的一部分。它对此有一些概念，但它有一些限制，当您从 Linux 中寻找实时行为时可能会导致问题。

可能对您有帮助的是 RTOS。如果您正在寻找完整的实时操作系统，请查看 FreeRTOS http://www.freertos.org/。它有一个庞大的社区，并通过大量示例代码支持许多开箱即用的不同设备。他们甚至通过示例包支持您的特定板，因此您可以毫无损失地试一试！ http://www.freertos.org/FreeRTOS-for-Cortex-M3-STM32-STM32F100-Discovery.html 。它使您可以访问许多操作系统结构，例如网络 API、内存管理和线程，而无需庞大操作系统的开销和延迟。使用 RTOS，您可以创建任务并为其分配优先级，这样您就可以成为调度程序，而不再受操作系统的支配。你运行操作系统，而不是操作系统运行你（如果有意义的话）。此外，RTOS 中提供的结构感觉很像裸机代码，因此更容易遵循、理解和充分学习。学习 Linux 或 Windows 等成熟操作系统的基本构建块是一个更简单的世界。如果这个选项听起来不错，我建议在 FreeRTOS 网站上查看支持的设备，然后选择一个你想尝试的设备，然后去尝试。我强烈推荐这是一种学习调度和操作系统结构的方法，因为它尽可能简单并且开源。一旦您掌握了 RTOS 的基础知识，专门购买一本关于 Linux 的书就不会是一个坏主意。尽管网络上有许多与学习 Linux 相关的免费资源，但它们通常相互矛盾，并且可能具有误导性。学习 Linux 的特定知识以及一般的操作系统，这会让人感到不知所措。从简单的开始将有助于防止您筋疲力尽，并最大程度地减少您感到迷失的时间。 Linux 绝对是一个学习过程，但就像任何学习过程一样，从简单开始，牢记你的最终目标，制定计划，并沿着该计划采取小的、可管理的步骤，直到你找到自己想要成为的地方.那就去下一座山吧！

【参考方案2】：

实时 Linux 环境相当混乱。 99.99% 的信息都已经过时了。

首先，有很多“微内核”将 Linux 作为一项任务运行。 （例如已失效的 RTLinux）。问题是您必须将实时任务写入不同的 API，并且不能依赖 Linux 中的任何东西，因为在您的任务运行时 Linux 将在后台冻结。因此，除非您的任务非常简单（“当我按下此按钮时停止电机”），否则这种方法会带来更多的痛苦而不是收获。

接下来是实时 Linux 补丁集。 This hasn't been doing so well. 因为下一条：

最后，当前的 Linux 内核有gotten rid of the problems，这导致人们过去需要实时。您甚至可以将您的一个处理器上的 Linux 关闭到have full control of the CPU。另见this paper。

回答您的问题：我看到您可以采取两种不同的方式：

1) 从普通的 3.xx Linux 内核开始，探索各种 API 和实时技术（即实时优先级、内存固定等）。这可以让您“足够接近”人们想要“实时”的 99% “ 为了。如果它对高频交易来说足够好，那么它可能对你来说就足够了。

2) 如果您有严格的实时要求，并且担心 Linux 无法满足要求，那么（正如 Nick 上面提到的），只需购买一个处理器并在没有操作系统的情况下编写您的实时代码。通过将“实时”和“非实时”代码拆分到不同的 CPU 上，您将使整个系统更简单，更加更加健壮。

【参考方案3】：

如果您想学习实时操作系统，那么我建议您使用 FPGA，例如 Altera DE2，并尝试使用您自己的操作系统和 ucos。您可以阅读有关嵌入式 RTOS here 的好文章。

您还可以获得Linux Raspberry 并为此编写自己的操作系统。