万方数据基于Xenomai的实时测控系统的研究与实现陈曾汉张鹏晏来成(State研LaboratoryIMPLEMENTATIoNREAL．TIMEMEASURINGSYSTEMXENoMAIEquipment＆跏棚Security0引言Xenomai实现分析第26卷第5期2009年5月计算机应用与软件modules．TheXenomai简介摘要介绍实时操作系统仿真框架Xenomai和操作系统自适应域环境Adeos(AdaptiveSystem)的基本原理。分析带有中断屏蔽功能的Adeos中断管道机制，以及用户态下混合执行模式的实时任务被抢占和“优先级反转”问题。应用Xenomai的实时核构建了Xenomai／Linux双内核实时机制；通过Xenomai提供的可插式接口仿真模块实现了基于RTAIAPI的应用程序编程；结合IPC等具体硬件实现了一套模拟小型电站任务的实时测控系统。运行结果显示系统满足电力系统硬实时的时限要求且运行稳定。关键词实时操作系统仿真框架操作系统自适应域环境仿真模块实时RESEARCHANDoFCoNTRoLBASEDoNbeenoperating随着工业控制领域对实时性要求的提高，实时操作系统层出不穷。然而，传统实时操作系统昂贵的价格和应用程序的兼容性问题大大限制了自身应用范围。一个解决方法是改造免费的通用操作系统以提供实时环境。Linux操作系统的开源特性给了深入研究系统内核机制的可能。目前Linux的实时研究主要有两条技术路线：一是直接修改标准Linux内核机制，优化Linux本身的实时性能⋯，这种方法通常只能达到软实时。二是采用双内核方案以达到硬实时口。，如RTLinux、RTAI等。电力监控系统任务的复杂性使得简易的流程控制难以满足要求。由于电力系统的零死线(zerodeadline)特性一J，其任务的调度与切换必须满足硬实时要求。IPC(IndustrialComputer)适合在低／高温、潮湿、震动、腐蚀等工业现场恶劣的环境F持续工作，平均无故障时间在10万／J,o寸以上，具有故障的快速诊断和易于维护的特点。IPC采用“底板+CPU卡”结构，可以扩充20个板卡HJ。IPC标准化的模块式体系结构为用户构建所需的测控系统带来便利。本文引入了一个通用实时操作系统仿真框架Xenomai解决了不同实时操作系统应用程序的移植性问题，给出了一个基于此框架，满足电力系统硬实时应用的测控系统的实现实例。1实时操作系统仿真框架Xenomai是在2001年发起，遵循GNU通用公共许可证GPL(GeneralLicense)的开源项目，于2005年技术成熟。Xenomai旨在为GNU／Linux搭建免费的工业级实时开发框架，它通过一个抽象的实时核输出的一系列普通RTOS服务提供一个通用的、接口未知的、硬实时的用户空间应用。Xenomai使用接门变种技术已经成功地模拟了多种传统的实时操作系统(RTOS)，如VxWorks、pSOS+、VRTX等。Xenomai的目标是灵活性、可扩充性和可维护性，而不是仅仅追求调度响应等待时间的最小，如RTAI∞J。图1给出了Xenomai的结构模型哺]。Xenomai系统包含多个不同的抽象层。Adeos超微内核(nanokemel)工作在硬件之ComputerApplicationsandSoftwareV01．26No．5May2009(重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044)ChenZenghanZhangPengYanLaichengofPower400044，China)Abstradprob—dual—kernelofhasperformance1．1收稿只期：2007—07—30。陈曾汉，教授，主研领域：工业自动化，工业控制计算机及其测控系统。DomainEnvironmentforOperatingTechnology，ChongqingUniversity，ChongqingTheprinciplesReal·-timeSystememulationframework-·XenomaiadaptivedomainenvironmentAdeosbrieflyintroduced．AdeosinterruptpipelinemechanismwhichXenomaishieldsisstudiedthelemsreal-timetaskbeingpreemptedpriorityinversion，whichinmixableexecutionmodestasksembodiedUser-Space．kernelusedestablishXenomai—Linuxreal—timemechanism。andbyusingpluggablei