基于中标麒麟的POWERLINK节点实时性解决方法

针对运行于中标麒麟操作系统上的POWERLINK标准节点难以保证实时性的问题,提出了一种通用的解决方案。该方案分别从对中标麒麟进行实时扩展和把POWERLINK协议栈编译成内核模块两个方面着手,降低了POWERLINK应用工程相关任务的服务响应时间,进而提高了POWERLINK节点的实时性能。

基于Linux实时扩展技术的故障录波器设计与实现

分析了现有故障录波器功能单元组成及其实现优缺点,提出了一种集故障录波和人机界面于一体的新型故障录波器设计方案。针对故障录波器的实时性要求,研究了Linux实时抢占补丁(RT-Preempt)技术,阐述了故障录波器内部实时进程和人机界面非实时进程共存情况下的进程管理策略。提出一种源端数据代理方法,通过引入数据代理服务层,屏蔽录波器嵌入式应用与内部人机界面之间以及与独立录波后台人机界面间的数据访问接口的差异,实现录波器人机界面软件的即插即用,降低了人机界面软件开发和维护周期。给出了新型故障录波器实现方案的硬件选型,介绍了系统架构和功能模块,对功能模块的软件实现做出了说明。测试结果表明,提出的新型故障录波器设计方案及数据代理方法满足录波器功能要求,降低了故障录波器软硬件成本,节省了屏柜空间,提升故障录波器适应场景的能力。

基于IGH开源框架的EtherCAT主站设计

作为一种新兴的工业以太网技术,EtherCAT总线被越来越多地应用于工业生产的各个领域,EtherCAT具有高性价比、使用简单、拓扑灵活等显著优点。在EtherCAT主从系统中,技术难点在于构建具有高实时性和高可靠性的EtherCAT主站与从站通信。为此,对PC平台和嵌入式平台下的主站方案进行研究,分别在PC平台和ARM平台构建Linux+RTAI和Linux+RT-Preempt的实时Linux系统,在实时系统上完成EtherCAT主站的移植与开发,最后对系统的实时性和主站的同步性能进行测试,实验结果表明主站的性满足控制系统的要求。

五轴连续纤维3D打印机及其数控系统开发

为了解决传统三轴连续纤维3D打印复杂轨迹精确成型困难的问题,设计搭建了五轴连续纤维3D打印机,该3D打印机具有5个联动轴(XYZBC)以及1个树脂螺杆挤出装置辅助轴。针对典型的3D打印控制方案存在可联动轴数少、可扩展性差、实时性差等问题,对全软件型开放式数控系统进行了研究,并将其应用于连续纤维增材制造领域。基于开源数控平台LinuxCNC及EtherCAT工业以太网设计开发了面向五轴连续纤维3D打印机的全软件型开放式数控系统。通过优化RT–Preempt实时内核、开发集成IgH–EtherCAT的HAL模块,完成五轴联动控制,并将螺杆挤出轴作为主轴以实现其转速的精准控制。经测试,用户层与内核层调度最大抖动控制在5μs以内,集成EtherCAT的数控系统最大抖动<50μs,实时性较好。最后通过标准拉伸性能试验和空间点阵结构的成型试验验证了五轴连续纤维3D打印系统方案的可行性。

航天嵌入式Linux实时性能优化研究

空间站阶段科学实验载荷控制系统中普遍采用的嵌入式操作系统,对操作系统的实时性要求更高,而标准嵌入式Linux存在内核不可抢占问题及优先级反转问题,因此,提出采用Preempt RT补丁对Linux系统内核进行优化,并将其应用在科学载荷控制系统中;同时对内核上下文切换时间和优先级反转的优化效果分别进行实验验证。结果表明,Linux内核上下文切换时间得到明显改善,且优先级反转问题得以解决,可满足载人航天工程后续任务需求。

基于龙芯1E的嵌入式Linux实时性的优化与可靠性设计

为了满足航天领域对嵌入式操作系统实时性需求,采用实时抢占补丁的方法来优化Linux系统的实时性,并对移植了RT-preempt Linux系统的龙芯1E平台进行实时性测试,分别测试了系统进程切换上下文时间、中断响应时间、中断恢复时间以及系统延时.结果表明实时抢占补丁能满足航天任务对操作系统实时性的需求.为了实现航天领域对嵌入式操作系统的可靠性,通过为每个异常设计异常处理策略对MIPS CPU的异常处理机制进行优化,最后通过对典型的异常处理程序进行测试,验证了该方法的有效性.

Linux中断线程化分析及中断延时测试

标准Linux内核只能够满足软实时要求,实时抢占补丁(PREEMPT_RT patch)通过在标准Linux上打补丁的方式,实现了Linux内核的硬实时。通过中断线程化降低内核延迟,是实时抢占补丁实现硬实时的一种重要策略。本文简单描述了Linux抢占补丁对中断线程化的实现原理,重点提出了一种测量中断延迟时间的方法,通过此方法验证了中断线程化对内核延时、中断自身延时的影响,为驱动开发人员设计硬件中断提供了理论和数据参考。

基于龙芯2K1000的Loongnix系统实时性优化方法研究

在高可靠性要求的工业自动化应用中,Loongnix系统作为一种分时操作系统,其实时性不能满足可靠性要求,需要使用实时操作系统。在分析研究Loongnix的Linux内核实时性缺陷和RT-Preempt实时性优化方法的基础上,提出一种基于RT-Preempt-Linux实时内核替换Loongnix系统原生Linux内核的方法,实现Loongnix实时性优化和实时化改造,用自设计测试软件和专用实时性工具Cyclictest对改造后的Loongnix系统进行验证测试。测试结果表明改造后的Loongnix系统的实时性能获得大幅提升,进程切换时间、线程切换时间以及任务延时都能达到微秒级,满足工业自动化应用的可靠性要求。