● 摘要
随着以计算机技术、通讯技术、消费电子技术为主的IT产业的快速发展，嵌入式实时系统得到了越来越广泛的应用。在科学研究、工程设计、军事技术、商业娱乐以及人们日常生活的各个领域，对嵌入式实时操作系统的需求也越来越大。Linux作为源代码开放的自由操作系统，以其内核小巧、配置灵活、使用安全稳定、功能强大和对硬件资源要求低等优点，在嵌入式设备上得到了广泛的应用。但在实时性要求强的应用场合，Linux往往难以满足要求。因此，实时Linux成为一个重要的研究课题。本文的研究目标是通过在Intel XSCALE PXA270平台上构建一款实时嵌入式RTAI操作系统，验证RTAI-Linux双内核机制在嵌入式系统设计中的可行性，并以此为基础，对双内核机制进行实时性测试和可靠性分析，归纳出其所存在的缺陷及对系统的影响，并对其中一类缺陷的改进进行尝试和验证。本文对RTAI的实现机理进行了分析和研究，对它的特点、结构、实现原理做了较全面的阐述。在嵌入式Linux操作系统的引导加载程序设计、文件系统、图形用户界面等方面，也进行了详细的理论研究与具体实践，涉及嵌入式Linux系统的构建的多项关键技术。通过对双内核机制的可靠性分析，本文给出了所存在的五类缺陷，并对其产生的原因和出现的现象进行了说明。通过采用缺陷注入的方式，研究了三类缺陷对实时系统的影响，验证了双内核机制在可靠性方面存在的不足。最后对RTAI的实时性进行了任务切换时间和内核抢占时间的测试，并对优先级反转问题做了改进和测试,结果显示有效地解决了RTAI的优先级反转问题。