? 摘要：RTLinux實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的開發(fā)模式；詳細(xì)說明兩種在實(shí)時(shí)模塊與非實(shí)時(shí)模塊之間
進(jìn)行通信的主要通信接口的實(shí)現(xiàn)和使用方式；提出一種將以上兩種接口有機(jī)結(jié)合的實(shí)時(shí)應(yīng)
用內(nèi)部通信機(jī)制，并通過實(shí)驗(yàn)證該方法的可操作性。

??? 關(guān)鍵詞：RTLinux 通信接口 實(shí)時(shí) 共享內(nèi)存 RT_FIFO

實(shí)時(shí)性是多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)的基本特征之一，主要表現(xiàn)為對重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)
籌兼顧的合理調(diào)度能力。根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)對時(shí)限要求的嚴(yán)格程度又分為軟實(shí)時(shí)和硬實(shí)時(shí)。


RTLinux作為Linux最為通用的幾種硬實(shí)時(shí)擴(kuò)展之一，表現(xiàn)了良好的硬實(shí)時(shí)性。同時(shí)，為了
更有效地為各種實(shí)時(shí)應(yīng)用服務(wù)，提供了多種與Linux中非實(shí)時(shí)進(jìn)行通信的接口，主要有共享
內(nèi)存、RT_FIFO和線程信號(hào)驅(qū)動(dòng)機(jī)制，三者的應(yīng)用重點(diǎn)各不相同。其中前兩種較為常用[1]
。由于不的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，這兩種接口的應(yīng)用范疇各有側(cè)重。經(jīng)過實(shí)踐，筆者認(rèn)為將以上兩種
接口有機(jī)地結(jié)合，利用共享內(nèi)存?zhèn)魉痛笕萘俊ψx/寫時(shí)序要求不高的數(shù)據(jù)信息；同時(shí)，利
用RT_FIFO輔助實(shí)現(xiàn)對該共享內(nèi)存的同步控制，能夠綜合兩者的優(yōu)勢，是RTLinux下一種十
分有效的實(shí)時(shí)應(yīng)用通信模式。

1 RTLinux的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序開發(fā)模式

作為Linux的硬實(shí)時(shí)擴(kuò)展，RTLinux一個(gè)重要的計(jì)準(zhǔn)則在于：盡可能多地利用Linux內(nèi)核所能
提供的功能[2]。

顯示、記錄、設(shè)備初始化、阻塞式動(dòng)態(tài)資源分配和模塊化內(nèi)核管理等無實(shí)時(shí)要求或者與硬
實(shí)時(shí)性要求相悖的服務(wù)均由Linux提供。RTLinux內(nèi)核則主要為實(shí)時(shí)任務(wù)提供對硬件的直接
訪問，使得它們具有最小的延遲和最優(yōu)先的處理器利用權(quán)。

基于以上準(zhǔn)則，RTLinux中的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序開發(fā)通常具有一個(gè)通用的模式，如圖1所示。按
照運(yùn)行環(huán)境和對實(shí)時(shí)要求的嚴(yán)格程度分為實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)兩個(gè)模塊。非實(shí)時(shí)模塊的功能包括
結(jié)果數(shù)據(jù)顯示。用戶交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等；實(shí)時(shí)模塊主要負(fù)責(zé)響應(yīng)數(shù)據(jù)采集外設(shè)的中斷，結(jié)
果數(shù)據(jù)的采集。兩者通過RT_FIFO或者共享內(nèi)存進(jìn)行通信，組成一個(gè)完整的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集程
序。

2 RTLinux中的兩種通信接口

RTLinux提供了RT_FIFO和共享內(nèi)存兩種標(biāo)準(zhǔn)通信接口，用于實(shí)時(shí)任務(wù)和非實(shí)時(shí)任務(wù)之間的
交互。

2.1 RT_FIFO

RT_FIFO（First-In-First-Out，先進(jìn)先出）是一種提案隊(duì)列機(jī)制組織的字符設(shè)備。在Lin
ux文件系統(tǒng)中，主設(shè)備號(hào)為150。一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)中能夠同加載FIFO的模塊數(shù)RTF_NO定義在r
t_fifo_new.c中，一般為64，在文件系統(tǒng)中分別對慶設(shè)備文件/dev/rtf0..63。在系統(tǒng)資源
允許的情況下，一個(gè)用戶進(jìn)程所能同時(shí)使用的FIFO數(shù)和每個(gè)FIFO的容量是沒限制的。

RT_FIFO具有如下特征：

*隊(duì)列中的數(shù)據(jù)傳送采用數(shù)據(jù)流形式，必須自行定義數(shù)據(jù)邊界監(jiān)測機(jī)制，尤其對于不定長度
數(shù)據(jù)的傳輸。

*具備完善的同步阻塞機(jī)制，利用同一FIFO進(jìn)行通信的兩進(jìn)程間無需自行增加同步控制。


*一種點(diǎn)對點(diǎn)的通信通道，不支持單生產(chǎn)者、多消費(fèi)者的使用模式。

作為一個(gè)完善的隊(duì)列模塊，RT_FIFO的使用簡便易行，具體實(shí)現(xiàn)主要包括創(chuàng)建、讀/寫操作
、釋放三個(gè)步驟。在Linux文件系統(tǒng)中，RT_FIFO是一個(gè)字符設(shè)備文件，所以在非實(shí)時(shí)線程
中訪問RT_FIFO時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn)的字符設(shè)備讀/寫函數(shù)即可（read、write、open、close，et
c）。以上函數(shù)的調(diào)用方式均為阻塞式調(diào)用：當(dāng)FIFO中有數(shù)據(jù)可讀時(shí)，立即返回；否則，會(huì)
陷入無限等待之中。

從RT進(jìn)程中訪問RT_FIFO，所涉及到的RTLAPI如下：

#include

[創(chuàng)建]

int rtf_create(unsigned int fifo,int size);

內(nèi)核空間中，為編號(hào)fifo的RT_FIFO設(shè)備分配size字節(jié)的緩沖區(qū)。fifo對應(yīng)于所使用RT_FI
FO的次設(shè)備號(hào)。

[釋放]

int rtf_destroy(unsigned int fifo)；

釋放內(nèi)核空間中次設(shè)備號(hào)為fifo的RT_FIFO設(shè)備緩沖區(qū)。

注意：以上兩個(gè)函數(shù)涉及到內(nèi)核空間的緩沖區(qū)分配，必須分別在Linux的init_module（）
和cleanup_module()中調(diào)用，或者在用戶空間通過PSC（the user-level real-time sign
al library,用戶級(jí)實(shí)時(shí)庫函數(shù)）進(jìn)行調(diào)用。

[讀/寫操作]

int rtl_get(unsigned int fifo,char *buf,int count)；

從FIFO中讀出長度為count字節(jié)的數(shù)據(jù)，存放buf之中。

Int rtf_put（unsigned int fifo,char * buf,int count）；

將長度為count字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入FIFO中。

Int rtf_create_handle(unsigned int fifo,int(&handler)(unsigned int fifo))；

創(chuàng)建一個(gè)回調(diào)函數(shù)句柄，當(dāng)FIFO被Linux進(jìn)程讀/寫時(shí)，被調(diào)用。通常與rtl_get結(jié)合使用，
用于異步的從Linux進(jìn)程中接收數(shù)據(jù)，從而避免采用輪詢的方式。

2.2 共享內(nèi)存

共享內(nèi)存是指被閑置出來專用于內(nèi)核空間和用戶空間進(jìn)行通信的內(nèi)存區(qū)域。相對于FIFO具
有如下特點(diǎn)：

*應(yīng)用程序必須自己定義相應(yīng)的協(xié)議，對于寫入共享數(shù)據(jù)區(qū)域的有數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，如同步控
制等。

*數(shù)據(jù)可以既定格式讀/寫，各個(gè)數(shù)據(jù)域的更新十分便易。

*不是點(diǎn)對點(diǎn)的通信通道，可以支持多生產(chǎn)者、多消費(fèi)者的使用模式，能夠同時(shí)被多個(gè)線程
訪問。

??? 在RTLinux下，共享內(nèi)存的使用可采用以下兩種方式：

（1）利用RTLinux中附帶的mbuff模塊

在使用mbuff之前，要求系統(tǒng)中已經(jīng)加載了mbuff.o模塊。該模塊中的兩個(gè)函數(shù)被分別用于
分配和釋放所需的內(nèi)存空間。

#include

[分配]

void * mbuff_alloc(const char * name,int size)；

從內(nèi)核空間中分配一塊與name相連，大小為size字節(jié)的內(nèi)存空間，返回地址指針，設(shè)備這
塊空間的引用標(biāo)識(shí)為1。如與name相連的內(nèi)存空間已經(jīng)存在，就僅僅返回指向該空間的地址
指針，同時(shí)將其引用標(biāo)識(shí)加1。

[釋放]

void mbuff_free(const char * name,int size)；

將mbuff的引用標(biāo)識(shí)減1。當(dāng)引用標(biāo)識(shí)被減為0時(shí)，釋放mbuff。