? 摘要：RTLinux實時應用程序的開發模式；詳細說明兩種在實時模塊與非實時模塊之間
進行通信的主要通信接口的實現和使用方式；提出一種將以上兩種接口有機結合的實時應
用內部通信機制，并通過實驗證該方法的可操作性。

??? 關鍵詞：RTLinux 通信接口 實時 共享內存 RT_FIFO

實時性是多任務嵌入式系統的基本特征之一，主要表現為對重要性各不相同的任務進行統
籌兼顧的合理調度能力。根據應用系統對時限要求的嚴格程度又分為軟實時和硬實時。


RTLinux作為Linux最為通用的幾種硬實時擴展之一，表現了良好的硬實時性。同時，為了
更有效地為各種實時應用服務，提供了多種與Linux中非實時進行通信的接口，主要有共享
內存、RT_FIFO和線程信號驅動機制，三者的應用重點各不相同。其中前兩種較為常用[1]
。由于不的實現機理，這兩種接口的應用范疇各有側重。經過實踐，筆者認為將以上兩種
接口有機地結合，利用共享內存傳送大容量、對讀/寫時序要求不高的數據信息；同時，利
用RT_FIFO輔助實現對該共享內存的同步控制，能夠綜合兩者的優勢，是RTLinux下一種十
分有效的實時應用通信模式。

1 RTLinux的結構和應用程序開發模式

作為Linux的硬實時擴展，RTLinux一個重要的計準則在于：盡可能多地利用Linux內核所能
提供的功能[2]。

顯示、記錄、設備初始化、阻塞式動態資源分配和模塊化內核管理等無實時要求或者與硬
實時性要求相悖的服務均由Linux提供。RTLinux內核則主要為實時任務提供對硬件的直接
訪問，使得它們具有最小的延遲和最優先的處理器利用權。

基于以上準則，RTLinux中的實時應用程序開發通常具有一個通用的模式，如圖1所示。按
照運行環境和對實時要求的嚴格程度分為實時和非實時兩個模塊。非實時模塊的功能包括
結果數據顯示。用戶交互、數據存儲等；實時模塊主要負責響應數據采集外設的中斷，結
果數據的采集。兩者通過RT_FIFO或者共享內存進行通信，組成一個完整的實時數據采集程
序。

2 RTLinux中的兩種通信接口

RTLinux提供了RT_FIFO和共享內存兩種標準通信接口，用于實時任務和非實時任務之間的
交互。

2.1 RT_FIFO

RT_FIFO（First-In-First-Out，先進先出）是一種提案隊列機制組織的字符設備。在Lin
ux文件系統中，主設備號為150。一個系統平臺中能夠同加載FIFO的模塊數RTF_NO定義在r
t_fifo_new.c中，一般為64，在文件系統中分別對慶設備文件/dev/rtf0..63。在系統資源
允許的情況下，一個用戶進程所能同時使用的FIFO數和每個FIFO的容量是沒限制的。

RT_FIFO具有如下特征：

*隊列中的數據傳送采用數據流形式，必須自行定義數據邊界監測機制，尤其對于不定長度
數據的傳輸。

*具備完善的同步阻塞機制，利用同一FIFO進行通信的兩進程間無需自行增加同步控制。


*一種點對點的通信通道，不支持單生產者、多消費者的使用模式。

作為一個完善的隊列模塊，RT_FIFO的使用簡便易行，具體實現主要包括創建、讀/寫操作
、釋放三個步驟。在Linux文件系統中，RT_FIFO是一個字符設備文件，所以在非實時線程
中訪問RT_FIFO時，使用標準的字符設備讀/寫函數即可（read、write、open、close，et
c）。以上函數的調用方式均為阻塞式調用：當FIFO中有數據可讀時，立即返回；否則，會
陷入無限等待之中。

從RT進程中訪問RT_FIFO，所涉及到的RTLAPI如下：

#include

[創建]

int rtf_create(unsigned int fifo,int size);

內核空間中，為編號fifo的RT_FIFO設備分配size字節的緩沖區。fifo對應于所使用RT_FI
FO的次設備號。

[釋放]

int rtf_destroy(unsigned int fifo)；

釋放內核空間中次設備號為fifo的RT_FIFO設備緩沖區。

注意：以上兩個函數涉及到內核空間的緩沖區分配，必須分別在Linux的init_module（）
和cleanup_module()中調用，或者在用戶空間通過PSC（the user-level real-time sign
al library,用戶級實時庫函數）進行調用。

[讀/寫操作]

int rtl_get(unsigned int fifo,char *buf,int count)；

從FIFO中讀出長度為count字節的數據，存放buf之中。

Int rtf_put（unsigned int fifo,char * buf,int count）；

將長度為count字節的數據寫入FIFO中。

Int rtf_create_handle(unsigned int fifo,int(&handler)(unsigned int fifo))；

創建一個回調函數句柄，當FIFO被Linux進程讀/寫時，被調用。通常與rtl_get結合使用，
用于異步的從Linux進程中接收數據，從而避免采用輪詢的方式。

2.2 共享內存

共享內存是指被閑置出來專用于內核空間和用戶空間進行通信的內存區域。相對于FIFO具
有如下特點：

*應用程序必須自己定義相應的協議，對于寫入共享數據區域的有數據進行保護，如同步控
制等。

*數據可以既定格式讀/寫，各個數據域的更新十分便易。

*不是點對點的通信通道，可以支持多生產者、多消費者的使用模式，能夠同時被多個線程
訪問。

??? 在RTLinux下，共享內存的使用可采用以下兩種方式：

（1）利用RTLinux中附帶的mbuff模塊

在使用mbuff之前，要求系統中已經加載了mbuff.o模塊。該模塊中的兩個函數被分別用于
分配和釋放所需的內存空間。

#include

[分配]

void * mbuff_alloc(const char * name,int size)；

從內核空間中分配一塊與name相連，大小為size字節的內存空間，返回地址指針，設備這
塊空間的引用標識為1。如與name相連的內存空間已經存在，就僅僅返回指向該空間的地址
指針，同時將其引用標識加1。

[釋放]

void mbuff_free(const char * name,int size)；

將mbuff的引用標識減1。當引用標識被減為0時，釋放mbuff。