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探秘Linux RT開發(fā)板：為何是實時應(yīng)用的首選？
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隨著科技的不斷發(fā)展，越來越多的實時應(yīng)用需要高效且準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和分析。這些應(yīng)用包括機器人開發(fā)、工業(yè)自動化、交通管理等。為滿足實時應(yīng)用的需求，開發(fā)者們選擇使用實時操作系統(tǒng)（RTOS）或Linux RT（Real Time，實時）開發(fā)板。本文將重點介紹Linux RT開發(fā)板，探索其為何成為實時應(yīng)用的首選。
一、什么是Linux RT開發(fā)板？
Linux RT開發(fā)板是基于Linux內(nèi)核的、面向?qū)崟r應(yīng)用的嵌入式開發(fā)板。Linux RT內(nèi)核是Linux內(nèi)核的一種擴展版本，能夠保證實時性能。它是一種完全開源的操作系統(tǒng)，開發(fā)者可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行二次開發(fā)和優(yōu)化，從而達(dá)到更高的實時性和可靠性。
Linux RT開發(fā)板采用開源技術(shù)，從操作系統(tǒng)到用戶層應(yīng)用，所有的代碼都可以輕松獲得和修改。這讓開發(fā)者不僅可以快速開發(fā)出具有良好實時性能的應(yīng)用，還可以為不同應(yīng)用場景做出針對性優(yōu)化。
二、Linux RT開發(fā)板為何成為實時應(yīng)用的首選？
1. 完美的實時性能
Linux RT開發(fā)板采用了優(yōu)化后的Linux內(nèi)核，具有良好的實時性能。實時操作系統(tǒng)是一種能夠及時響應(yīng)、具有固定響應(yīng)時間的操作系統(tǒng)。Linux RT開發(fā)板可以實現(xiàn)很高的響應(yīng)時間，保證應(yīng)用在控制精度、數(shù)據(jù)處理和實時控制等方面的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
2. 多樣化的軟硬件支持
Linux RT開發(fā)板支持各種主流處理器和內(nèi)存類型，如ARM、MIPS和x86等。與傳統(tǒng)實時操作系統(tǒng)相比，Linux RT開發(fā)板還具有廣泛的支持硬件設(shè)備和驅(qū)動程序，加速了硬件軟件系統(tǒng)集成的開發(fā)進(jìn)程。此外，Linux RT還可以為C、C++、Python等多種編程語言提供完美的支持，這為開發(fā)者提供了更多的選擇空間。
3. 開放性與靈活性
Linux RT開發(fā)板是一款開放性的嵌入式開發(fā)板，其代碼完全開源。這種開放性表明開發(fā)者可以根據(jù)自己的需求自由地進(jìn)行定制開發(fā)。此外，Linux RT開發(fā)板還可以支持實時擴展性，例如建立自定義時鐘、實時中斷控制和實時進(jìn)程控制等，更好地實現(xiàn)了開發(fā)者的靈活性和自由度。
4. 社區(qū)支持和技術(shù)支持
Linux RT開發(fā)板依托于廣大Linux開發(fā)者社區(qū)，享有一流的技術(shù)支持，同時也得到了全球各地開發(fā)者的不斷完善和優(yōu)化。對于開發(fā)者而言，這種社區(qū)支持和技術(shù)支持可以為開發(fā)過程提供很大的幫助。
三、Linux RT開發(fā)板的實時性能如何？
Linux RT開發(fā)板的實時性能與硬件設(shè)備、驅(qū)動程序、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序都有很大關(guān)系，開發(fā)者需要根據(jù)自己的需求進(jìn)行優(yōu)化并經(jīng)過測試來驗證實時性能。不過，在相同硬件平臺上，Linux RT的實時性能通常優(yōu)于大多數(shù)操作系統(tǒng)，特別是在處理中斷過程中。
Linux RT開發(fā)板通常具有以下實時性能特征：
1. 固定和指定的響應(yīng)時間
由于實時應(yīng)用需要及時響應(yīng)，所以Linux RT開發(fā)板采用固定的或指定時間的響應(yīng)時間。這種響應(yīng)時間允許開發(fā)者預(yù)測和設(shè)計系統(tǒng)的實時性能。
2. 實時中斷、實時調(diào)度和實時控制
Linux RT開發(fā)板采用實時中斷、實時調(diào)度和實時控制技術(shù)，優(yōu)化了應(yīng)用程序的實時性能。實時中斷指的是Linux RT系統(tǒng)能夠更好地響應(yīng)外部中斷，實現(xiàn)處理外部事件的能力。實時調(diào)度是指Linux RT系統(tǒng)能夠優(yōu)先執(zhí)行實時任務(wù)，通過實時調(diào)度使得高優(yōu)先級任務(wù)會優(yōu)先獲得CPU時間片。實時控制是指Linux RT系統(tǒng)能夠快速響應(yīng)控制任務(wù)，如伺服機、控制器和機器人等。
四、結(jié)論
Linux RT開發(fā)板作為一款高性能、定制化程度高、開源免費的嵌入式實時操作系統(tǒng)，逐漸成為了實時應(yīng)用的首選。它為開發(fā)者提供了靈活的定制化開發(fā)環(huán)境，支持各種常見的編程語言和開放式的硬件架構(gòu)，這讓Linux RT開發(fā)板能夠在機器人開發(fā)、工業(yè)自動化、交通信號控制等多個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。未來，Linux RT開發(fā)板的實時性能和可靠性通過不斷的版本迭代和改進(jìn)，也會得到進(jìn)一步提升。
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嵌入式系統(tǒng)通常為一個資源受限的系統(tǒng)。直接在嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺上編寫軟件比較困難，有時甚至是不可能的。目前，敗告一般采用的辦法是，先在通用計算機上編寫程序，然后，通過交叉編譯，生成目標(biāo)平臺上可運行的二進(jìn)制代碼格式，最后下載到目標(biāo)平臺上的特定位置上運行，下面就由福州卓躍教育做具體步驟介紹。
之一步，建立嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)環(huán)境。目前，常用的交叉開發(fā)環(huán)境主要有開放和商業(yè)兩種類型。開放的交叉開發(fā)環(huán)境的典型代表是GNU工具鏈，目前已經(jīng)能夠支持x86、ARM、MIPS、PowerPC等多種處理器。商業(yè)的交叉開發(fā)環(huán)境主要有MetrowerksCodeWarrior、ARMSoftwareDevelopmentToolkit、SDSCrosscompiler、WindRiverTornado、MicrosoftEmbeddedVisualC等。交叉開發(fā)環(huán)境是指叢嘩編譯、鏈接和調(diào)試嵌入式應(yīng)用軟件的環(huán)境。它與運行嵌入式應(yīng)用軟件的環(huán)境有所不同，通常采用宿主機/目標(biāo)機模式。
第二步，交叉編譯和鏈接。在完成嵌入式軟件的編碼之后，就是進(jìn)行編譯和鏈接，以生成可執(zhí)行代碼。由于開發(fā)過程大多是在Intel公司x86系列CPU的通用計算機上進(jìn)行的，而目標(biāo)環(huán)境的處理器芯片卻大多為ARM、MIPS、PowerPC、DragonBall等系列的微處理器，察鄭明這就要求在建立好的交叉開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行交叉編譯和鏈接。
第三步，交叉調(diào)試。
①硬件調(diào)試。如果不采用在線仿真器，可以讓CPU直接在其內(nèi)部實現(xiàn)調(diào)試功能，并通過在開發(fā)板上引出的調(diào)試端口，發(fā)送調(diào)試命令和接收調(diào)試信息，完成調(diào)試過程。目前，Motorola公司提供的開發(fā)板上使用的是DBM調(diào)試端口，而ARM公司提供的開發(fā)板上使用的則是JTAG調(diào)試端口。使用合適的軟件工具與這些調(diào)試端口進(jìn)行連接，可以獲得與ICE類似的調(diào)試效果。
②軟件調(diào)試。在嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)中，Linux系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)試，可以先在Linux內(nèi)核中設(shè)置一個調(diào)試樁（debugstub），用作調(diào)試過程中和宿主機之間的通信服務(wù)器。然后，可以在宿主機中通過調(diào)試器的串口與調(diào)試樁進(jìn)行通信，并通過調(diào)試器控制目標(biāo)機上Linux內(nèi)核的運行。
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