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嵌入式Linux实时容错调度算法的设计与实现

叶国骏  
【摘要】:嵌入式Linux 的应用是近年来的研究热点,将Linux 改造成为嵌入式实时操作系统是其中的一个重要研究方向。如何提高嵌入式Linux 的实时性、可靠性,是一个富有挑战性的课题。任务调度算法是影响系统性能的关键因素。因此,研究嵌入式Linux 的任务调度算法具有重要的理论意义和现实意义。本文以国家863B 类项目“基于嵌入式Linux 的PDA 开发平台”为契机,对Linux 的实时化改造、引入容错调度算法等进行深入研究。 首先,分析了嵌入式Linux 的主要特点,指出其优点与不足,分析了提高Linux 实时性能的方法:一种是修改核的方法,另一种是双核机制;重点介绍了典型的嵌入式实时操作系统RT-Linux,分析了其体系结构,以及RT-Linux 为满足硬实时应用而在中断管理、时钟粒度、实时调度等方面做的改动,为以后在RT-Linux 中实现实时容错调度算法做了铺垫。 其次,详细分析了系统可靠性的基本概念,在此基础上系统、深入地研究了容错实时调度的基本技术以及多种容错实时调度算法;提出了两种多处理机调度算法:PPB-MFT-EDF 算法和APB-MFT-EDF 算法。两种算法在单处理器上都采用EDF调度,前者采用被动备份容错技术,后者采用主动备份容错技术。文章给出了两种算法的可调度条件证明以及模拟结果。结果表明主动备份容错调度算法优于被动备份容错调度算法。 第三,在RT-Linux 基础上实现了FT-EDF 调度算法,文章对RT-Linux 的调度器模块进行了详细分析,给出了实现容错调度算法所需的改动。并对RT-Linux采用默认调度算法以及容错调度算法的调度延迟和中断延迟进行测试,测试结果表明,容错调度的时间开销能够满足实时系统的要求。


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