深入理解实时编程:原理、挑战与解决方案
1. 实时编程基础
实时编程在计算机系统与现实世界的交互中至关重要,尤其对于嵌入式系统开发者而言。一个任务若需在特定时间点(即截止日期)之前完成,便可称为实时任务。例如,在计算机上播放音频流时,音频数据不断到达驱动程序,音频样本块必须按播放速率写入音频接口,这就是实时任务;而编译 Linux 内核则没有明确的截止日期,属于非实时任务。
错过截止日期可能会带来不同程度的后果,从轻微的困扰到系统故障,甚至危及生命。常见的实时任务类型可分为软实时和硬实时:
- 软实时 :截止日期是理想的,但偶尔错过不会导致系统被视为失败,如播放音频流和移动鼠标。
- 硬实时 :错过截止日期会产生严重影响,可进一步细分为任务关键系统(如生产线上打印保质期)和安全关键系统(如电源浪涌检测系统)。
创建实时系统的关键在于减少响应时间的可变性,使系统更具确定性,尽管这可能会牺牲一定的性能。例如,缓存虽然能加快系统运行速度,但会降低系统的确定性。
2. 技术要求
若要进行相关示例操作,需确保具备以下条件:
- 基于 Linux 的主机系统,至少有 60GB 可用磁盘空间。
- Buildroot 2020.02.9 LTS 版本。
- Yocto 3.1 (Dunfell) LTS 版本。
- Linux 版 Etcher。
- 微型 SD 卡读卡器和卡。
- BeagleBone Black 开发板。
- 5V 1A 直流电源。
- 以太网电缆和网络端口