嵌入式Linux的实时化研究及其在故障录波系统中的应用

论文摘要

随着现代计算机技术和通信技术的发展,嵌入式系统在工业控制领域得到了日益广泛的应用,各种自动控制设备、智能仪器等都要求高可靠性、高实时性和易于移植的嵌入式操作系统。目前在电网故障录波系统中广泛采用的嵌入式Linux具有源代码开放、低成本、功能强大、稳定可靠等一系列优势,但是Linux本质上属于分时的通用操作系统,在实时性方面存在着明显的缺陷和不足,制约了故障录波系统的整体性能,影响了电能质量的提高。本课题主要研究嵌入式Linux的实时化技术以及嵌入式实时Linux在故障录波系统中的应用。文中首先介绍了嵌入式实时系统的基本概念,阐述了Linux在嵌入式应用中的优势和不足,从抢占内核、中断机制、调度策略和定时时钟等几个方面分析了制约Linux实时性的因素,研究并探讨了Linux实时化改造的途径和方法,着重分析了RT-Linux的基本原理和实现机制。其次本文论证总结了嵌入式实时Linux系统的组件和构建方法。文中根据故障录波器的结构设计和功能需求,在PC/104工控板上,采用双核策略,由RT-Linux实时内核扩展Linux系统的硬实时特性,同时结合Linux系统的小型化定制,构建了一个双核共存的嵌入式实时Linux系统,并且对双核系统的实时性能进行了测试,达到了预期效果。最后,本文完成了主控机在双核系统下录波应用程序的规划和设计,主要包括PCI接口卡驱动程序、实时模块、后台非实时应用程序以及多任务间的通信。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 故障录波器的发展和要求
• 1.3 课题任务和章节安排
• 第二章 嵌入式LINUX 的实时化技术研究
• 2.1 LINUX在嵌入式系统中的应用
• 2.2 嵌入式LINUX的实时化改造
• 2.2.1 实时系统的衡量标准
• 2.2.2 Linux 在实时性方面的缺陷
• 2.2.3 标准Linux 的实时支持分析
• 2.2.4 嵌入式Linux 的实时化方法
• 2.3 RT-LINUX实现原理和技术分析
• 2.3.1 中断模拟
• 2.3.2 定时时钟
• 2.3.3 实时调度
• 2.3.4 通信机制
• 2.4 其他实时LINUX解决方案
• 2.5 本章小结
• 第三章 故障录波器的结构和实时性需求分析
• 3.1 故障录波系统的结构
• 3.1.1 智能采集前端
• 3.1.2 主控机
• 3.1.3 管理机
• 3.2 主控机的功能描述和实时性需求分析
• 3.3 电网故障录波的相关技术介绍
• 第四章 主控机上嵌入式实时LINUX 系统的构建
• 4.1 嵌入式实时LINUX系统的总体设计方案
• 4.2 嵌入式实时LINUX系统的构建
• 4.2.1 引导加载程序
• 4.2.2 实时内核
• 4.2.3 链接库
• 4.2.4 定制文件系统
• 4.3 系统实时性能测试
• 4.3.1 中断响应延迟
• 4.3.2 任务调度延迟
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于嵌入式实时LINUX 的主控机软件设计
• 5.1 录波器主控机软件规划
• 5.2 PCI 接口卡的驱动设计
• 5.2.1 PCI 接口卡的功能简介
• 5.2.2 PCI 接口卡的初始化
• 5.2.3 PCI 接口卡对资源的访问
• 5.3 实时模块设计
• 5.3.1 实时模块的初始化
• 5.3.2 录波故障事件处理线程
• 5.3.3 录波数据实时采集线程
• 5.3.4 处理后台控制命令
• 5.4 后台非实时应用程序设计
• 5.4.1 读取录波数据
• 5.4.2 处理故障录波事件
• 5.5 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文