xenomai内核解析之xenomai的组成结构

一、xenomai 3
二、xenomai3 结构

这是第二篇笔记。

一、xenomai 3

从xenomai3开始支持两种方式构建linux实时系统，分别是cobalt 和 mercury。

cobalt ：添加一个实时核，双核结构,具有实时内核cobalt、实时驱动模型RTDM、实时应用POSIX接口库libcobalt,基于libcobalt的其他API skins，如Alchemy API、VxWorks® emulator、pSOS® emulator等。

mercury ：基于直接修改linux内核源代码的PREEMPT RT，应用空间在glibc之上，添加xenomai API库，如下图所示。在不支持cobalt内核时，可使用该方法运行xenomai应用；当然，也可不需要PREEMPT RT，那么实时性就……

二、xenomai3 结构

mercury只是在glibc上加了一层皮，不是接下来研究的对象。我们看cobalt ，从底层硬件驱动、内核空间到用户空间，保证了实时任务的实时性。其整体结构如图所示。

在内核空间，在标准linux基础上添加一个实时内核Cobalt，得益于基于ADEOS（Adaptive Domain Environment for Operating System），使Cobalt在内核空间与linux内核并存，并把标准的Linux内核作为实时内核中的一个idle进程在实时内核上调度。

ADEOS (Adaptive Domain Environment for Operating System)，提供了一个灵活的环境，可以在多个操作系统之间或单个OS的多个实例之间共享硬件资源，从而使多个优先级域可以同时存在于同一硬件上。早期在xenomai 2上使用。

2005年6月17日，Philippe Gerum发布用于Linux内核的I-pipe，I-pipe基于ADEOS，但是I-pipe更精简，并且只处理中断，xenomai3使用I-pipe。

ADEOS ,其核心思想是Domain,也就是范围的意思，linux内核有linux内核的范围，cobalt内核有cobalt内核的范围。两个内核管理各自范围内的应用、驱动、中断；两个domain之间有优先级之分，cobalt内核优先级高于linux内核；I-pipe优先处理高优先级域的中断，来保证高优先级域的实时性。此外,高优先级域可以通过I-pipe 向低优先级域发送各类事件等。

在用户空间，添加针对实时应用优化的库--libcobalt，libcobalt提供POSIX接口给应用空间实时任务使用，应用通过libcobalt让实时内核cobalt提供服务。

驱动方面，xenomai提供实时驱动框架模型RTDM（Real-Time Driver Model）,专门用于Cobalt，基于RTDM进行实时设备驱动开发，为实时应用提供实时驱动。RTDM将驱动分为2类：

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

•协议设备(socket, bind, send, recv, etc)，如UDP/TCP,CAN,IPC,……

中断方面，I-Pipe(interrupt Pipeline)分发Linux和Xenomai之间的中断，并以Domain优先级顺序传递中断。I-Pipe传递中断如下图所示，对于实时内核注册的中断，会直接得到处理。对于linux的中断，先将中断记录在i-log，等实时任务让出CPU后，linux得到运行，该中断才得到处理。

实时内核cobalt与非实时内核linux相结合，既能提供工业级RTOS的硬实时性能，又能利用linux操作系统非常出色的网络和图形界面服务，在产品的开发周期和成本控制方面都有巨大优势。

解析系统调用是了解内核架构最有力的一把钥匙，后续文章会以xenomai POSIX接口（libcobalt ）为入口，解析xenomai内核。

参考链接：

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