配置Linux系统以支持实时操作系统开发

王林原创: 2023-07-04 15:57:14 270浏览

随着嵌入式系统的发展，实时操作系统（RTOS）在各种应用领域中得到了广泛的应用。为了支持RTOS的开发，我们需要对Linux系统进行配置，以满足实时性和可预测性的要求。本文将介绍如何在Linux系统中配置实时操作系统开发环境，并提供一些代码示例。

一、内核配置

首先，我们需要对Linux内核进行配置，以启用实时性的功能。可以通过以下步骤进行配置：

下载Linux内核源码。
首先，我们需要下载Linux内核的源码。可以从Linux官方网站（www.kernel.org）上下载最新的稳定版内核源码。
编译内核。
解压下载的内核源码，并进入解压后的目录。运行以下命令编译内核：
```
make menuconfig
```
这将启动内核配置菜单。在菜单中，我们需要对以下选项进行配置：
- General setup -> Preemption model
  选择"Fully preemptible kernel (RT)"。这将启用内核的实时性。
- Processor type and features -> Preemption Model
  选择"Voluntary Kernel Preemption (Desktop)"。这将启用内核的可抢占性，提高实时性能。
- Processor type and features -> Timer frequency
  将定时器频率设置为1000 HZ。
- Processor type and features -> Timer tick handling
  选择"Standard clock tick"。这将启用标准的时钟中断处理。
- Processor type and features -> Timer slack
  将定时器松弛度设置为1。
- Power management options -> CPU Frequency scaling
  禁用CPU频率调节功能，以避免频率切换对实时性的影响。
- Power management options -> CPU idle -> CPU idle governor
  选择"Menu"。这将禁用CPU空闲状态的自动管理。
完成配置后，保存并退出菜单。然后，运行以下命令编译内核：
```
make -j4
```
这将使用4个线程进行编译。根据系统的性能，可以自行调整线程数。
编译完成后，运行以下命令安装新的内核：
```
make modules_install
make install
```
安装完成后，重启系统，并选择新编译的内核启动。

二、实时性功能库

在配置好内核后，我们还需要安装一些实时性功能库，以支持实时操作系统的开发。

安装实时性对性能影响较小的调度器
Linux内核默认的调度器（CFS）对实时性能影响较大，可以考虑安装一些替代的调度器，如"Real-Time Preemption Patch"（PREEMPT-RT）和"Staircase Deadline Scheduler"（SDS）。
安装这些调度器的具体步骤可以参考其官方文档。

安装实时性功能库

可以使用以下命令安装实时性功能库：

sudo apt-get install libc6-dev-i386
sudo apt-get install libncurses5-dev
sudo apt-get install build-essential

三、实时操作系统开发示例

配置完实时性功能后，我们可以开始进行实时操作系统的开发。下面是一个简单的示例，展示如何在Linux系统中使用实时性功能。

首先，创建一个新的C文件，如"realtime.c"，并写入以下代码：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <stdlib.h>

void *realtime_thread(void *arg) {
    struct sched_param param;
    param.sched_priority = 99;
    if (sched_setscheduler(0, SCHED_FIFO, &param) == -1) {
        perror("sched_setscheduler() failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 实时线程的代码
    // ...

    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread_id;
    pthread_create(&thread_id, NULL, realtime_thread, NULL);
    pthread_join(thread_id, NULL);

    return 0;
}

在上面的代码中，我们通过pthread库创建了一个实时线程，并将其设置为最高优先级（99）。在实时线程的代码中，可以编写需要实时性保障的任务。

编译该代码，可以使用以下命令：