1、簡介
　　隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要的組成部分。Linux雖然為分時(shí)操作系統(tǒng)，但由于其功能強(qiáng)大、源代碼開放以及可移植性強(qiáng)等優(yōu)勢，已成為日益流行的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的解決方案，然而，在實(shí)時(shí)方面它還不能很好地滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)方面的需要，其本身僅僅提供了一些實(shí)時(shí)處理的支持。為使Linux滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求，常用的方法是通過對Linux的內(nèi)核進(jìn)行裁減和修改，使其能夠滿足實(shí)時(shí)性的要求。目前，我們根據(jù)實(shí)際需要對于Linux采用以下方法進(jìn)行改進(jìn)。
　　2、實(shí)現(xiàn)低延遲
　　使用兩種方法來實(shí)現(xiàn)低延遲：一種就是鎖分解，即把大循環(huán)中保持的鎖分解為每一輪循環(huán)中都獲得鎖和釋放鎖，典型的代碼結(jié)構(gòu)示例如下：
　　
　　另一種是增加搶占點(diǎn)，即自愿被搶占。增加搶占點(diǎn)之后：
　　
　　語句cond_resched（）將判斷是否有進(jìn)程需要搶占當(dāng)前進(jìn)程，如果是將立即發(fā)生調(diào)度，這就是增加的搶占點(diǎn)，它支持四種搶占模式：
　　（1）．No Forced Preemption （Server），這種模式等同于沒有使能搶占選項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核，主要適用于科學(xué)計(jì)算等服務(wù)器環(huán)境。
　?。?）．Voluntary Kernel Preemption （Desktop），這種模式使能了自愿搶占，但仍然失效搶占內(nèi)核選項(xiàng)，它通過增加搶占點(diǎn)縮減了搶占延遲，因此適用于一些需要較好的響應(yīng)性的環(huán)境，如桌面環(huán)境，當(dāng)然這種好的響應(yīng)性是以犧牲一些吞吐率為代價(jià)的。
　?。?）．Preemptible Kernel （Low-Latency Desktop），這種模式既包含了自愿搶占，又使能了可搶占內(nèi)核選項(xiàng)，因此有很好的響應(yīng)延遲，實(shí)際上在一定程度上已經(jīng)達(dá)到了軟實(shí)時(shí)性。它主要適用于桌面和一些嵌入式系統(tǒng)，但是吞吐率比模式2更低。
　?。?）．Complete Preemption （Real-Time），這種模式使能了所有實(shí)時(shí)功能，因此完全能夠滿足軟實(shí)時(shí)需求，它適用于延遲要求為100微秒或稍低的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。
　　實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)是以犧牲系統(tǒng)的吞吐率為代價(jià)的，因此實(shí)時(shí)性越好，系統(tǒng)吞吐率就越低。
　　3、中斷線程化
　　中斷線程化是實(shí)現(xiàn)Linux實(shí)時(shí)性的一個(gè)重要步驟，在Linux標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核中，中斷是最高優(yōu)先級(jí)的執(zhí)行單元，不管內(nèi)核當(dāng)時(shí)處理什么，只要有中斷事件，系統(tǒng)將立即響應(yīng)該事件并執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理代碼，除非當(dāng)時(shí)中斷關(guān)閉。因此，如果系統(tǒng)有嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)或I/O負(fù)載，中斷將非常頻繁，后發(fā)生的實(shí)時(shí)任務(wù)將很難有機(jī)會(huì)運(yùn)行，也就是說，毫無實(shí)時(shí)性可言。中斷線程化之后，中斷將作為內(nèi)核線程運(yùn)行而且賦予不同的實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)，實(shí)時(shí)任務(wù)可以有比中斷線程更高的優(yōu)先級(jí)，這樣，實(shí)時(shí)任務(wù)就可以作為最高優(yōu)先級(jí)的執(zhí)行單元來運(yùn)行，即使在嚴(yán)重負(fù)載下仍有實(shí)時(shí)性保證。
　　中斷線程化的另一個(gè)重要原因是spinlock被mutex取代。中斷處理代碼中大量地使用了spinlock，當(dāng)spinlock被mutex取代之后，中斷處理代碼就有可能因?yàn)榈貌坏芥i而需要被掛到等待隊(duì)列上，但是只有可調(diào)度的進(jìn)程才可以這么做，如果中斷處理代碼仍然使用原來的spinlock，則spinlock取代mutex的努力將大打折扣，因此為了滿足這一要求，中斷必須被線程化，包括IRQ和softirq。
　　中斷線程化的實(shí)現(xiàn)方法是：對于IRQ，在內(nèi)核初始化階段init（該函數(shù)在內(nèi)核源碼樹的文件init/main.c中定義）調(diào)用init_hardirqs（該函數(shù)在內(nèi)核源碼樹的文件kernel/irq/manage.c中定義）來為每一個(gè)IRQ創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)核線程，IRQ號(hào)為0的中斷賦予實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)49，IRQ號(hào)為1的賦予實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)48，依次類推直到25，因此任何IRQ線程的最低實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)為25。原來的do_IRQ被分解成兩部分，架構(gòu)相關(guān)的放在類似于arch/*/kernel/irq.c的文件中，名稱仍然為do_IRQ，而架構(gòu)獨(dú)立的部分被放在IRQ子系統(tǒng)的位置kernel/irq/handle.c中，名稱為_do_IRQ。當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，CPU將執(zhí)行do_IRQ來處理相應(yīng)的中斷，do_IRQ將做了必要的架構(gòu)相關(guān)的處理后調(diào)用_do_IRQ。函數(shù)_do_IRQ將判斷該中斷是否已經(jīng)被線程化（如果中斷描述符的狀態(tài)字段不包含SA_NODELAY標(biāo)志說明中斷被線程化了），如果是將喚醒相應(yīng)的處理線程，否則將直接調(diào)用handle_IRQ_event（在IRQ子系統(tǒng)位置的kernel/irq/handle.c文件中）來處理。對于已經(jīng)線程化的情況，中斷處理線程被喚醒并開始運(yùn)行后，將調(diào)用do_hardirq（在源碼樹的IRQ子系統(tǒng)位置的文件kernel/irq/manage.c中定義）來處理相應(yīng)的中斷，該函數(shù)將判斷是否有中斷需要被處理（中斷描述符的狀態(tài)標(biāo)志IRQ_INPROGRESS），如果有就調(diào)用handle_IRQ_event來處理。handle_IRQ_event將直接調(diào)用相應(yīng)的中斷處理句柄來完成中斷處理。