嵌入式Linux系统中实时性改造的深层挑战

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很多同学以为给Linux打上PREEMPT-RT补丁就能满足实时需求，实际情况复杂得多。

首先，Linux内核本身不是为实时设计的，即使打了补丁，还是有不可抢占的区域，比如自旋锁保护的临界区、中断禁止区域。这些区域会导致优先级反转和调度延迟。我曾经测试过，最好的情况调度延迟在几十微秒，最坏情况可能到几百微秒。这对于毫秒级实时应用可能够用，但对微秒级就不行了。

其次，驱动程序的影响很大。很多驱动程序没有考虑实时性，在中断处理程序中做大量工作，或者使用可能阻塞的函数。实时改造需要重写这些驱动程序。

还有，文件系统、网络协议栈都可能引入不确定延迟。我的建议是，如果实时性要求高，考虑双核方案：一个核跑Linux处理复杂任务，一个核跑RTOS或者裸机程序处理实时任务。两个核通过共享内存通信。这样既能利用Linux丰富的软件生态，又能保证实时性。如果必须用Linux，要精心设计：禁用不需要的内核功能，减少内核体积；使用CPU隔离，把实时任务绑定到特定CPU，防止其他任务干扰；使用实时调度策略（SCHED_FIFO或SCHED_RR）；减少系统调用，因为系统调用可能触发调度。

调试实时性问题要用专门的工具，比如cyclictest测量调度延迟，ftrace跟踪内核函数调用。