嵌入式系统Linux实时化（三）Xenomai框架移植

Xenomai 可以无缝地和 Linux 内核一起运行，这种模式为双内核架构，命名为 Cobalt。而另外一种模式是单内核架构，命名为 Mercury， Mercury 在实际实施应用时，对于 Linux 内核配置。基于国产处理器飞腾E2000开发板--飞腾派移植Xenomai实时框架与测试。

vopo123

1174人浏览 · 2025-01-12 11:18:47

vopo123 · 2025-01-12 11:18:47 发布

一、Xenomai3的两种配置

Xenomai 可以无缝地和 Linux 内核一起运行，这种模式为双内核架构，命名为 Cobalt。

而另外一种模式是单内核架构，命名为 Mercury， Mercury 在实际实施应用时，对于 Linux 内核配置。

有两种选择：

第一种：可以在 Linux 内核不做任何修改的情况下运行；

第二种：也可以只加载 Preempt-rt 补丁后运行，这种情况比前者的实时性更好。

双核配置Colbat

Xenomai 3双核配置：Colbat

多一个优先比linux还高的Cobalt核心去处理实时的事情，提供不同的实时API给不同的应用程序使用。并且利用乐观中断保护机制减少改变中断掩码，一般的机制在每次进入关键部分时都要中断屏蔽，而乐观中断保护可以不用。

而实时在意的“截止日期”，实际上就是探讨延迟（延迟越大，系统越难在时内内完成完成高优先于任务，自然即时能力就越差），而延迟很大的来源则是中断处理。

通过使用与它并行运行的实时协同内核来补充Linux。这个名为Cobalt的小扩展内置于Linux内核中，处理所有时间关键活动，例如处理中断和调度实时线程。Cobalt核心优先于本机内核活动。

在这种双内核配置中，所有RTOS API Xenomai都提供与Cobalt核心的接口，并且只有那些API被认为是实时的，包括由Xenomai（aka libcobalt）实现的POSIX 1003.1c服务子集。

单核配置Mercury

运用本机的linux core在PREEMPT_RT之上达到real-time的事情，这里不是强制的，看应用程序对反应时间和最大抖动的要求，有些甚至会作到某种程度截止日期的忽略。

依靠本机Linux内核的实时功能，形成Mercury核心。通常，应用程序需要在目标内核中启用PREEMPT-RT扩展，以提供实时服务。

但是，这不是强制性的，它取决于响应性和最大抖动的应用要求; 甚至可以容忍一定比例的截止日期未命中。

在这种单内核配置中，Xenomai提供的所有非POSIX RTOS API都可以通过本机线程库（最好是NPTL，但也支持传统设置的linuxthreads）进行精确模拟。

二、 Xenomai源码结构

xenomai遵循分离源码模式，将内核态的支持和用户态的库解耦。为此，内核空间和用户空间组件分别位于kernel/和lib/子目录下面。其他的顶层文件夹例如scripts/、testsuite/、utils/，提供在构建主机或运行时目标上使用的其他脚本和程序。

kernel/：实现内核内支持代码的代码被视为Linux内核的内置扩展。因此，应该使用标准的Linux内核配置过程来定义Xenomai内核组件的各种设置。 Xenomai当前引入的所有内核代码都实现了Cobalt内核（即双内核配置）。到目前为止，Mercury内核在内核空间中不需要Xenomai特定的代码。

lib/：包含Xenomai框架导出到应用程序的各种用户空间库。该树是与内核支持分开构建的。构建库是为了支持选定的Cobalt或Mercury内核。

HAL

源码位置在：xenomai-head/ksrc/arch/arm/hal.c

硬件抽象层：进程透过HAL呼叫ipipe的服务。这一层主要是包装ipipe与底层资讯让nucleus可以不用看到硬体资讯。

核/ Cobalt

源码位置在：xenomai-head /ksrc/nucleus;xenomai-head/kernel/cobalt（xenomai 3）

Xenomai的内核，包含调度，定时器，同步，线程，锁等等一般该有的RTOS功能，负责实时任务的执行。

调度(scheduler)

优先处理实时任务，linux也被视为其中一个线程，本身也有调度器，但须等到没有实时任务时（空闲状态），才会执行linux thread。

用户接口(skins)

源码位置在xenomai-head /ksrc /skins

调用xenomai的接口，有本地rtdm posix psos + uitron vrtx vxworks等。

三、xenomai移植与测试

开发资源

源码地址

https://source.denx.de/Xenomai/xenomai/-/tree/master

https://source.denx.de/Xenomai/

V4版本

https://v4.xenomai.org

V3版本

https://v3.xenomai.org

开发测试环境

硬件环境：

板卡: 基于国产处理器飞腾E2000开发板--飞腾派

软件环境：

1）Linux phytiumpi 5.10.153-dovetail3-phytium-embeded-2023-v1.0-GA #4 SMP PREEMPT IRQPIPE

2）Xenomai 3.2

移植安装

内核移植

使用Xenomai双内核框架,先要先在内核中合入ipipe补丁,重新编译内核。

ipipe · main · xenomai / download-archive · GitLab

若补丁正确，会在设定表里看到xenomai相关选项。

Xenomai SDK编译

Xenomai版本是3.2.2，源代码链接如下:

Files · v3.2.2 · xenomai / xenomai · GitLab

构建 Cobalt 模式的 Xenomai 库和应用程序。


//安装编译环境
sudo apt install autoconf automake libtool fuse debhelper findutils autotools-dev pkgconfig libltdl-dev flex bison

//配置
./scripts/bootstrap
./configure --enable-pshared --enable-smp --with-core=cobalt

//编译
make

//安装
sudo make install