xenomai內核解析之xenomai的組成結構
@
這是第二篇筆記。
一、xenomai 3
從xenomai3開始支援兩種方式構建linux實時系統，分別是cobalt 和 mercury。
- cobalt ：添加一個實時核，雙核結構,具有實時內核cobalt、實時驅動模型RTDM、實時應用POSIX介面庫libcobalt,基於libcobalt的其他API skins，如Alchemy API、VxWorks® emulator、pSOS® emulator等。
- mercury ：基於直接修改linux內核源程式碼的PREEMPT RT，應用空間在glibc之上，添加xenomai API庫，如下圖所示。在不支援cobalt內核時，可使用該方法運行xenomai應用；當然，也可不需要PREEMPT RT，那麼實時性就……
二、xenomai3 結構
mercury只是在glibc上加了一層皮，不是接下來研究的對象。我們看cobalt ，從底層硬體驅動、內核空間到用戶空間，保證了實時任務的實時性。其整體結構如圖所示。
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內核作為實時內核中的一個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，可以在多個作業系統之間或單個OS的多個實例之間共享硬體資源，從而使多個優先順序域可以同時存在於同一硬體上。早期在xenomai 2上使用。
2005年6月17日，Philippe Gerum發布用於Linux內核的I-pipe，I-pipe基於ADEOS，但是I-pipe更精簡，並且只處理中斷，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之間有優先順序之分，cobalt內核優先順序高於linux內核；I-pipe優先處理高優先順序域的中斷，來保證高優先順序域的實時性。此外,高優先順序域可以通過I-pipe 向低優先順序域發送各類事件等。
在用戶空間，添加針對實時應用優化的庫–libcobalt，libcobalt提供POSIX介面給應用空間實時任務使用，應用通過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，為實時應用提供實時驅動。RTDM將驅動分為2類：
•字元設備(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優先順序順序傳遞中斷。I-Pipe傳遞中斷如下圖所示，對於實時內核註冊的中斷，會直接得到處理。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得到運行，該中斷才得到處理。
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作業系統非常出色的網路和圖形介面服務，在產品的開發周期和成本控制方面都有巨大優勢 。
解析系統調用是了解內核架構最有力的一把鑰匙，後續文章會以xenomai POSIX介面（libcobalt ）為入口，解析xenomai內核。
參考鏈接：
Adaptive Domain Environment for Operating Systems
Xenomai 3 – An Overview of the Real-Time Framework for Linux
Real-Time Linux Testbench on Raspberry Pi 3 using Xenomai
