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【操作系统】各类实时操作系统调研

作者：互联网

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各类实时操作系统调研

       前一段时间公司更新硬件，说是也想看看软件能不能升级，之前使用的 Xilinx 提供的Linux，不是实时操作系统，新硬件上想更新为实时操作系统，所以做了下面的调研。


现阶段的RTOS分成两个阵营：

非Linux阵营：

Linux阵营：

常用的双内核法实时补丁有 RT-Linux/GPL、RT-AI 和 Xenomai，其中RTLinux/GPL只允许以内核模块的形式提供实时应用；而RTAI和Xenomai支持在具有MMU保护的用户空间中执行实时程序。


Xenomai

Xenomai（从资料完备，社区活跃度，兼容性，实时性方面考虑）

       2001 年 8 月由 Philippe Gerum 发起，其思想是来源于 Karim 的 ADEOS（Adoptive Domain Environment for Operating System）。发布后即被 RTAI 采用，并一度合并为 RTAI/Fusion。后于2005年独立。Xenomai 的实时性能比RTAI略差，因为其完全由 ADEOS 控制中断，而 RTAI 是由其内核对中断进行了截断，非实时的中断才交给 ADEOS，这就减少了一部分实时开销。

官方资料：https://source.denx.de/Xenomai/xenomai/-/wikis/home
网上资料：https://blog.csdn.net/pwl999/article/details/109412539 （介绍的很详细，推荐）
                  http://wiki.csie.ncku.edu.tw/embedded/xenomai
                  https://www.cnblogs.com/wsg1100/p/12864199.html


PREEMPT-RT

PREEMPT-RT （实时性逊于Xenomai，之前OAI使用的就是这个方案）

       单内核版本的实时Linux，需要打patch。但是也有已经集成了PREEMPT-RT feature的版本，例如 Ubuntu LowLatency、rt-centos等

官方资料：https://rt.wiki.kernel.org/index.php/Main_Page
网上资料：https://blog.csdn.net/fightingskyer/article/details/118877564
                  https://lwn.net/Articles/146861/


RT-Thread

RT-Thread（国产，资料丰富，而且社区活跃，但是是一个IoT OS）

       RT-Thread 就是一个 IoT OS。物联网操作系统是指以操作系统内核（可以是 RTOS、Linux 等）为基础，包括如文件系统、图形库等较为完整的中间件组件，具备低功耗、安全、通信协议支持和云端连接能力的软件平台。同样的 uC/OS，FreeRTOS也是IoT OS，不适用于我们的情况。

官方资料：https://www.rt-thread.org/


WindRiver Linux

WindRiver Linux（商业平台，网上资料很少）
       Wind River Linux是商业级Linux，网上资料很少，不是开源版本。

官方资料：https://www.windriver.com/products/linux


RTAI

RTAI（ARM兼容差，更新慢）
       RTAI最初使用RT-Linux的方法，但后来转向在Adeos内核下运行。Adeos本质上是一个“管理程序”系统，它作为辅助任务运行Linux和实时系统，并允许两者通信。它允许在次要操作系统之间建立优先顺序，以便实时组件可以首先响应硬件事件。这种方法被认为更加灵活，并且避免了RT-Linux专利。使用RTAI仍然需要编写内核模式代码来处理任务的硬实时部分。
在这里插入图片描述

官方资料：https://www.rtai.org/


RT-Linux

RT-Linux（已停更，成为历史）
       RT-Linux方法是将硬件置于一个小型的硬实时系统的控制之下，并将整个Linux作为一个单一的、低优先级的任务在实时系统下运行。对实时模式的访问是通过编写一个内核模块获得的，该模块使用一组高度受限的原语。为实时模块和普通Linux用户空间之间的通信提供了通道。由于系统的实时端控制硬件并首先获得其资源，因此可以保证最大的响应时间。

       RT-Linux应该是第一批实时性linux，可以提供硬实时，有两个版本，免费版和收费版，收费版最初由 FSMLabs（Finite State Machine Labs）公司开发，在2007年卖给了 WindRiver。之后 WindRiver 将其作为自己的产品 WindRiver Linux 的一个实时核心（real-time core）象征性的维护了一段时间，与2011年8月彻底停止更新和维护。RT-linux 的性能应该很好，WindRiver 应该是出于竞争的目的对其进行了收购，现在 RT-linux 已经不再更新，因此对于我们也只能当做了解一段历史了。


性能比较

RTAI vs. Xenomai

在这里插入图片描述

       上图为RTAI和Xenomai两个实时内核分别与标准Linux内核组成双内核系统的分层结构。可以看到两者有稍微不同的组织形式，与 Xenomai让ADEOS掌控所有的中断源不同的是，RTAI拦截它们，使用ADEOS将那些RTAI不感兴趣的中断通知送给Linux（也就是，中断 不影响实时时序），目的是提高性能，因为在这种情况下，如果中断是要唤醒一个实时任务，就避免了由ADEOS管理中断的开销。从这里可以看出，RTAI的实时性能应该是比Xenomai要好的。

       RTAI（Real-Time Linux Application interface）虽然实时性能较好，但对ARM支持不够，更新速度极慢，造成项目开发周期长，研发成本高。

       与RTAI相比，Xenomai更加专注于用户态下的实时性、提供多套与主流商业RTOS兼容的API以及对硬件的广泛支持，在其之上构建的应用系统能保持较高实时性，而且稳定性和兼容性更好；此外，Xenomai社区活跃，紧跟主流内核更新，支持多种架构，对ARM的支持很好。


RT_PREEMPT vs. Xenomai

       RT_PREEMPT是基于linux架构去改进让更多地方能preempt达到real-time的能力。Xenomai则是改变整个系统架构新增一个调度员与IRQ管理的机制，让处理实时任务流程简化到只剩ipipe-> scheduler就能执行，不会因linux庞大的架构影响到实时任务的处理时间。

网上关于NON-PREEMPT、PREEMPT-RT Linux 、 Xenomai测试数据：
Cyclictest
测试用例：POSIX间隔计时器，间隔500微秒，100000次循环，100％负载。
/****************************/
T ：Thread
P ：优先
I ：间隔
C ：执行周期数
Min ：最小延迟
Act ：此次延迟时间
Avg ：平均延迟
Max ：最大延迟
/*****************************/

使用PREEMPT LINUX

root# sudo ./cyclictest -t1 -p 80 -i 500 -l 10000
# /dev/cpu_dma_latency set to 0us
policy: fifo: loadavg: 0.00 0.01 0.05 1/61 2064          
T: 0 ( 2063) P:80 I:500 C: 100000 Min:     27 Act:   49 Avg:   42 Max:    1060

使用RT-PREEMPT

root# sudo ./cyclictest -t1 -p 80 -i 500 -l 10000
Min:     22 Act:   31 Avg:   32 Max:     169

使用Xenomai

root# /usr/xenomai/bin/cyclictest -t1 -p 80 -i 500 -l 10000 
0.08 0.06 0.05 1/61 2060          
T: 0 ( 2060) P:80 I:     500 C:  100000 Min:      -4 Act:      -2 Avg:       0 Max:      30

大家还有什么知道的实时操作系统，可以在下面的评论中打出来，我补充进去。

这里是从善若水的博客，感谢您的阅读

标签：RT,操作系统,实时,RTAI,PREEMPT,实时操作系统,Linux,Xenomai,调研
来源： https://blog.csdn.net/qq_31985307/article/details/122261607