基于龍芯2K1000的Loongnix系統(tǒng)實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)化方法研究
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第6期
俞冠中，韋 雄，田青旺，史旭明
國(guó)核自?xún)x系統(tǒng)工程有限公司，上海200241
摘要： 在高可靠性要求的工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中，Loongnix系統(tǒng)作為一種分時(shí)操作系統(tǒng)，其實(shí)時(shí)性不能滿(mǎn)足可靠性要求，需要使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。在分析研究Loongnix的Linux內(nèi)核實(shí)時(shí)性缺陷和RT-Preempt實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)化方法的基礎(chǔ)上，提出一種基于RT-Preempt-Linux實(shí)時(shí)內(nèi)核替換Loongnix系統(tǒng)原生Linux內(nèi)核的方法，實(shí)現(xiàn)Loongnix實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)化和實(shí)時(shí)化改造，用自設(shè)計(jì)測(cè)試軟件和專(zhuān)用實(shí)時(shí)性工具Cyclictest對(duì)改造后的Loongnix系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明改造后的Loongnix系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能獲得大幅提升，進(jìn)程切換時(shí)間、線(xiàn)程切換時(shí)間以及任務(wù)延時(shí)都能達(dá)到微秒級(jí)，滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的可靠性要求。
中圖分類(lèi)號(hào)： TP311；TP316.2
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212461
中文引用格式： 俞冠中，韋雄，田青旺，等. 基于龍芯2K1000的Loongnix系統(tǒng)實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)化方法研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(6)：98-102，111.
英文引用格式： Yu Guanzhong，Wei Xiong，Tian Qingwang，et al. Research on method of real-time performance optimization of Loongnix operation system based on Loongson 2K1000[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：98-102，111.
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.212461
中文引用格式： 俞冠中，韋雄，田青旺，等. 基于龍芯2K1000的Loongnix系統(tǒng)實(shí)時(shí)性?xún)?yōu)化方法研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(6)：98-102，111.
英文引用格式： Yu Guanzhong，Wei Xiong，Tian Qingwang，et al. Research on method of real-time performance optimization of Loongnix operation system based on Loongson 2K1000[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：98-102，111.
Research on method of real-time performance optimization of Loongnix operation system based on Loongson 2K1000
Yu Guanzhong，Wei Xiong，Tian Qingwang，Shi Xuming
State Nuclear Power Automation System Engineering Corp，Shanghai 200241，China
Abstract： Because LoongnixOS is the time-sharing operating system, it cannot meet the requirement of high reliability in industrial automation application which requires to use real-time operating system(RTOS). On the basis of analysis of and study on defects of real-time performance in Linux kernel of LoongnixOS and the method to optimize real-time performance in RT-Preemption patch, the method of real-time transformation of LoongnixOS and optimizing real-time performance of LoongnixOS is put forward, in which a RT-Preempt-Linux kernel is a substitute for original Linux kernel of LoongnixOS. Self-developing real-time performance softwares and Cyclictest are utilized to verify the method. Results of test show that the method can be effective in improvement of real-time performance of LoongnixOS. Real-time performance, including process-switching time, thread-switching time and task-switching delay, of the LoongnixOS transferred to RTOS achieves the grade of microsecond.
Key words : Loongson；Loongnix；Linux；RT-Preempt；real-time opration
0 引言
龍芯2K1000處理器[1-2]是一款面向工業(yè)自動(dòng)化與工業(yè)控制應(yīng)用場(chǎng)景的高性能低功耗通用處理器，基于MIPS64架構(gòu)，采用40 nm制造工藝[3]，主頻最高1 GHz，功耗小于5 W，支持64位DDR2/3-1066內(nèi)存，提供SPI、UART、I2S、I2C、USB2.0等通用外設(shè)接口。
目前市場(chǎng)上，龍芯2K1000板卡一般預(yù)裝Loongnix操作系統(tǒng)。Loongnix操作系統(tǒng)是一種基于Linux內(nèi)核的圖形化界面操作系統(tǒng)。和Linux系統(tǒng)一樣，Loongnix系統(tǒng)也是分時(shí)系統(tǒng)[4]，不能滿(mǎn)足對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景(如電站控制[5-6])的要求。因此，需要針對(duì)Linux內(nèi)核影響實(shí)時(shí)性能的因素進(jìn)行實(shí)時(shí)性改造和優(yōu)化。
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作者信息：
俞冠中，韋 雄，田青旺，史旭明
(國(guó)核自?xún)x系統(tǒng)工程有限公司，上海200241)
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