【摘要】：伴隨著SoC技術的不斷發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)和實時操作系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應用在社會生活中的各個領域。在機器人控制領域中,機器人系統(tǒng)對實時響應、信息處理、復雜姿態(tài)運算等要求不斷提高。由于半導體芯片設計制作工藝不斷提升,各種先進架構的嵌入式處理器紛紛涌現(xiàn),在硬件基礎上為系統(tǒng)的運行速度提供了保證。同時,各種實時操作系統(tǒng)和針對操作系統(tǒng)的實時化改造技術不斷發(fā)展成熟,這些都為開發(fā)適合應用在機器人控制領域的實時控制系統(tǒng)提供了堅實的硬件和軟件基礎。 本課題選用Xenomai技術方案對Linux操作系統(tǒng)進行實時化改造,分別在兩種硬件實驗平臺上搭建Xenomai/Linux雙內(nèi)核實時操作系統(tǒng)并進行了基本實時性能測試和實時驅(qū)動調(diào)用,為后續(xù)的機器人控制系統(tǒng)應用開發(fā)打下基礎。 首先,本文立足于建立具有良好開放性、工業(yè)級實時性能、較強兼容性的實時機器人控制操作系統(tǒng)的目標,通過對新的Linux2.6版本內(nèi)核的優(yōu)劣勢的分析,對比確立了雙內(nèi)核Linux實時改造方法的可行性。在雙內(nèi)核Linux實時改造方法中,Xenomai技術解決方案以其鮮明的特點,均衡的性能優(yōu)勢,廣泛支持多種平臺上的Linux實時化改造。改造完成后的Xenomai/Linux雙內(nèi)核實時系統(tǒng),克服了傳統(tǒng)的實時操作系統(tǒng)的封閉性高、兼容性差和價格高昂的劣勢,為實時系統(tǒng)在機器人控制領域的廣泛應用和發(fā)展打下了基礎。 其次,研究了在通用x86計算機平臺上搭建Xenomai/Linux雙內(nèi)核實時系統(tǒng)的過程。通過x86平臺上的補丁安裝、內(nèi)核配置以及編譯,深入了解Xenomai技術方案在配置過程中的參數(shù)設置要求、設置沖突解決方案以及開發(fā)應用的參數(shù)預設置等,為在OMAP平臺上的移植積累了經(jīng)驗。 然后,完成了OMAP3530開發(fā)平臺上的Xenomai/Linux雙內(nèi)核實時操作系統(tǒng)的安裝和移植。針對特定開發(fā)板定制的Linux內(nèi)核的實時化改造,操作過程與x86計算機平臺下基本類似。在該系統(tǒng)中嘗試建立了基于SD卡的實時系統(tǒng)啟動方式,熟悉了SD卡上的雙文件系統(tǒng)分區(qū)建立以及初始化等實現(xiàn)原理,為機器人控制應用中的系統(tǒng)更新升級提供了一種解決方案。 最后,對x86通用計算機平臺和OMAP3530平臺上的Xenomai/Linux雙內(nèi)核實時系統(tǒng)進行了基本的實時性能測試,同時,完成了雙內(nèi)核實時系統(tǒng)下的實時串口驅(qū)動調(diào)用。實時性能測試的實驗結果證明,在改造完成后的Xenomai/Linux雙內(nèi)核實時系統(tǒng)中,無論是用戶空間的任務調(diào)度延遲還是內(nèi)核空間的任務調(diào)度以及中斷調(diào)度延遲,都具有微秒級的實時響應性能,完全能夠達到當前的機器人的實時控制要求。
【圖文】：

山東大學碩士學位論文在接口(Interface)選項中，根據(jù)后續(xù)測試的需要，，開啟R丁Al的仿真模式如圖3.8所示。燕赫導磊扁贏;、礴寡硫走豪幕瓤贏贏壽續(xù)巍癖瓤堿熟躲鑫瓤巍森巔巍撇瓤艷麟羹黔毓磊贏{易癡痣李鑫;慕添啼嘛;癲{攘驪file旦dit勸ew介「m舊aITa妙匕elp圖3.8開啟RTAI的仿真模式4)Xenomai的配置完畢，保存相應的修改并退出到主界面下。由于PC平臺使用Intel奔騰4單核處理器，在進行配置時，對處理器類型和特征 (Processortypeandfeatures)選項要進行細心設置，否則，會導致實時程序運行過程中出現(xiàn)問題。需要設置為支持狀態(tài)的選項:中斷管線 (Intemiptpipeline):此項保證Adeos中斷管道的安裝啟用;本地先進可編程中斷控制器對單核處理器的支持 (LocalAPJCsupportonuniProcessors):開啟內(nèi)嵌的可編程中斷控制器為CPU自身產(chǎn)生中斷請求;輸入輸出口先進可編程中斷控制器對單核處理器的支持(IO一 APICsuPport onuniProcessors):開啟輸入輸出口高級可編程中斷控制器為CPU產(chǎn)生中斷信號。此外，需要特別指出的是，只有在對稱的多處理任務支持(Symmetricmulti一 Processingsupport)配置為無效的前提下，才能進行配置本地先進可編程中斷控制器對單核處理器的支持與輸入輸出口先進可編程中斷控制器對單核處理

山東大學碩士學位論文目標板的核心處理器是由美國德州儀器(TexaSInstrumentS)公司生產(chǎn)的雙核心處理器0MAP3530，其基于65nm制作工藝，內(nèi)部包含一顆600MHz的ARMeortexTM一As內(nèi)核和一顆43oMHz的TMs32oe64x+TMDsP內(nèi)核。其中，ARM內(nèi)核具有16kB的I一Caehe和16kB的D一Caehe，256kB的二級緩存，片上的存儲包括64kBSRAM和112kBROM，其性能大約為同頻率的ARMll的2一3倍。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TP242;TP368.1

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