xenomai內核解析之xenomai的組成結構

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• 1、xenomai 3
• 2、xenomai3 結構

這是第二篇筆記。

1、xenomai 3

從xenomai3開始支持兩種方式構建linux實時系統，分別是cobalt 和 mercury。

• cobalt ：添加一個實時核，雙核結構,具備實時內核cobalt、實時驅動模型RTDM、實時應用POSIX接口庫libcobalt,基於libcobalt的其餘API skins，如Alchemy API、VxWorks® emulator、pSOS® emulator等。

• mercury ：基於直接修改linux內核源代碼的PREEMPT RT，應用空間在glibc之上，添加xenomai API庫，以下圖所示。在不支持cobalt內核時，可以使用該方法運行xenomai應用；固然，也可不須要PREEMPT RT，那麼實時性就……

2、xenomai3 結構

mercury只是在glibc上加了一層皮，不是接下來研究的對象。咱們看cobalt ，從底層硬件驅動、內核空間到用戶空間，保證了實時任務的實時性。其總體結構如圖所示。

在內核空間，在標準linux基礎上添加一個實時內核Cobalt，得益於基於ADEOS（Adaptive Domain Environment for Operating System），使Cobalt在內核空間與linux內核並存，並把標準的Linux內核做爲實時內核中的一個idle進程在實時內核上調度。

ADEOS (Adaptive Domain Environment for Operating System)，提供了一個靈活的環境，能夠在多個操做系統之間或單個OS的多個實例之間共享硬件資源，從而使多個優先級域能夠同時存在於同一硬件上。早期在xenomai 2上使用。

2005年6月17日，Philippe Gerum發佈用於Linux內核的I-pipe，I-pipe基於ADEOS，可是I-pipe更精簡，而且只處理中斷，xenomai3使用I-pipe。

ADEOS ,其核心思想是Domain,也就是範圍的意思，linux內核有linux內核的範圍，cobalt內核有cobalt內核的範圍。兩個內核管理各自範圍內的應用、驅動、中斷；兩個domain之間有優先級之分，cobalt內核優先級高於linux內核；I-pipe優先處理高優先級域的中斷，來保證高優先級域的實時性。此外,高優先級域能夠經過I-pipe 向低優先級域發送各種事件等。

在用戶空間，添加針對實時應用優化的庫--libcobalt，libcobalt提供POSIX接口給應用空間實時任務使用，應用經過libcobalt讓實時內核cobalt提供服務。

驅動方面，xenomai提供實時驅動框架模型RTDM（Real-Time Driver Model）,專門用於Cobalt，基於RTDM進行實時設備驅動開發，爲實時應用提供實時驅動。RTDM將驅動分爲2類：

•字符設備(open/close, read, write, ioctl)，如UART,UDD,SPI,Memory,……

•協議設備(socket, bind, send, recv, etc)，如UDP/TCP,CAN,IPC,……

中斷方面，I-Pipe(interrupt Pipeline)分發Linux和Xenomai之間的中斷，並以Domain優先級順序傳遞中斷。I-Pipe傳遞中斷以下圖所示，對於實時內核註冊的中斷，會直接獲得處理。對於linux的中斷，先將中斷記錄在i-log，等實時任務讓出CPU後，linux獲得運行，該中斷才獲得處理。

實時內核cobalt與非實時內核linux相結合，既能提供工業級RTOS的硬實時性能，又能利用linux操做系統很是出色的網絡和圖形界面服務，在產品的開發週期和成本控制方面都有巨大優點 。

解析系統調用是瞭解內核架構最有力的一把鑰匙，後續文章會以xenomai POSIX接口（libcobalt ）爲入口，解析xenomai內核。

參考連接：

ADEOS

Adaptive Domain Environment for Operating Systems

ELC-2018-Xenomai

Xenomai 3 – An Overview of the Real-Time Framework for Linux

Real-Time Linux Testbench on Raspberry Pi 3 using Xenomai