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Linux实时性能与相关许可及命令解析
1. Linux实时性能概述
Linux在需要实时性能的系统中应用越来越广泛，例如多媒体应用、机器人、工业和汽车控制器等。实时系统的特点是有严格的时间期限要求。当错过期限仅导致不便或客户体验下降时，我们称之为软实时系统；而硬实时系统一旦错过期限则被认为是失败的。
1.1 Linux内核的实时特性
- 内核抢占 ：是Linux内核中第一个解决系统级延迟的重要特性。
- 多种抢占模式 ：近期的Linux内核支持多种抢占模式，从无抢占到完全实时抢占。
- 实时补丁 ：为Linux内核添加了几个关键特性，实现了可靠的低延迟。并且实时补丁包含了一些重要的测量工具，有助于调试和描述实时Linux的实现。
1.2 相关阅读建议
有一本名为《Linux Kernel Development, 2nd Edition》的书籍可供进一步阅读，作者是Robert Love，由Novell Press在2005年出版。
2. GNU通用公共许可证
2.1 许可证概述
大多数软件的许可证旨在剥夺用户共享和修改软件的自由，而GNU通用公共许可证则旨在保证用户共享和修改自由软件的权利，确保软件对所有用户都是自由的。该许可证适用于大多数自由软件基金会的软件，以及其他作者承诺使用它的程序。
2.2 保护用户权利的措施
为了保护用户的权利，采取了以下两个步骤：
1. 对软件进行版权保护。
2. 提供此许可证，给予用户合法的复制、分发和/或修改软件的权限。
同时，为了保护作者和用户的权益，明确了该自由软件没有任何形式的保证。如果软件被他人修改并传播，接收者应知道他们所拥有的不是原始版本，以避免他人引入的问题影响原始作者的声誉。此外，为避免自由软件受到软件专利的威胁，规定任何专利必须为所有人的自由使用而许可，否则不得许可。
2.3 复制、分发和修改的条款和条件
2.3.1 复制源代码
可以在任何介质上复制和分发程序源代码的逐字副本，但需要在每个副本上显著且适当地发布适当的版权声明和无保证声明，保持所有提及此许可证和无保证的声明完整，并向其他接收者提供此许可证的副本。可以对复制的物理行为收取费用，也可以选择提供付费的保修服务。
2.3.2 修改程序
可以修改程序的副本或其任何部分，形成基于该程序的作品，并按照上述第1条的条款复制和分发此类修改或作品，但需要满足以下条件：
- 必须使修改后的文件带有显著的通知，说明修改了文件以及修改的日期。
- 必须使分发或发布的任何全部或部分包含或源自该程序的作品，根据此许可证的条款免费许可给所有第三方。
- 如果修改后的程序在运行时通常以交互方式读取命令，则在以最普通的方式开始交互式使用时，必须打印或显示包含适当版权声明、无保证声明（或说明提供保证）以及用户可以根据这些条件重新分发程序的通知，并告知用户如何查看此许可证的副本。但如果程序本身是交互式的但通常不打印此类通知，则基于该程序的作品无需打印通知。
2.3.3 分发目标代码或可执行形式
可以按照上述第1条和第2条的条款复制和分发程序（或基于它的作品）的目标代码或可执行形式，但需要满足以下条件之一：
- 随附完整的相应机器可读源代码，该源代码必须按照上述第1条和第2条的条款在通常用于软件交换的介质上分发。
- 随附一份书面报价，有效期至少为三年，以不超过实际执行源代码分发成本的费用，向任何第三方提供完整的机器可读对应源代码副本，该副本将按照上述第1条和第2条的条款在通常用于软件交换的介质上分发。
- 随附收到的有关分发相应源代码的报价信息（此选项仅适用于非商业分发，且仅当以目标代码或可执行形式收到带有此类报价的程序时适用）。
2.4 其他重要规定
- 除本许可证明确规定外，不得复制、修改、再许可或分发程序。任何违反此规定的尝试均无效，并将自动终止在本许可证下的权利。但从您处根据本许可证获得副本或权利的各方，只要他们完全遵守规定，其许可证不会终止。
- 虽然不要求签署此许可证，但如果不接受此许可证，修改或分发程序或其衍生作品的行为将被法律禁止。因此，通过修改或分发程序（或基于该程序的任何作品），即表示接受此许可证及其所有复制、分发或修改程序或基于其的作品的条款和条件。
- 每次重新分发程序（或基于该程序的任何作品）时，接收者自动从原始许可方获得根据这些条款和条件复制、分发或修改程序的许可证。不得对接收者行使此处授予的权利施加任何进一步的限制，也无需对第三方遵守此许可证负责。
2.5 许可证的其他情况说明
- 如果由于法院判决、专利侵权指控或其他原因（不限于专利问题），对您施加的条件与本许可证的条件相矛盾，这些条件不能免除您遵守本许可证的义务。如果无法同时满足本许可证和其他相关义务，则可能根本无法分发该程序。
- 如果本许可证的任何部分在特定情况下被认定为无效或不可执行，其余部分仍应适用，并且整个条款旨在适用于其他情况。
- 如果程序的分发和/或使用在某些国家受到专利或版权接口的限制，将程序置于此许可证下的原始版权持有者可以添加明确的地理分发限制，排除这些国家，以便仅在未排除的国家内或之间进行分发。
- 自由软件基金会可能会不时发布通用公共许可证的修订版和/或新版本。每个版本都有不同的版本号。如果程序指定了适用于它的本许可证版本号以及“任何更高版本”，您可以选择遵循该版本或自由软件基金会发布的任何更高版本的条款和条件。如果程序未指定本许可证的版本号，您可以选择自由软件基金会发布的任何版本。
- 如果希望将程序的部分内容合并到其他分发条件不同的自由程序中，需要写信向作者请求许可。对于自由软件基金会版权所有的软件，应写信给自由软件基金会，有时会为此做出例外处理。决策将基于两个目标：保持自由软件所有衍生作品的自由状态，以及促进软件的共享和重用。
2.6 无保证声明
由于程序是免费许可的，在适用法律允许的范围内，该程序没有任何保证。除非另有书面说明，版权持有者和/或其他各方按“原样”提供程序，不提供任何形式的明示或暗示保证，包括但不限于适销性和特定用途适用性的暗示保证。程序质量和性能的全部风险由您承担。如果程序被证明有缺陷，您需承担所有必要的维修、修复或纠正费用。在任何情况下，除非适用法律要求或书面同意，任何版权持有者或其他根据上述许可修改和/或重新分发程序的方，均不对您因使用或无法使用程序而产生的任何损害负责，包括但不限于数据丢失、数据不准确、您或第三方遭受的损失或程序与其他程序无法正常运行等。
3. U-Boot可配置命令
3.1 命令概述
U-Boot有60多个可配置命令，以下是从最近的U-Boot快照中总结的命令集，此外还有大量非标准命令，其中一些依赖于特定硬件或处于实验阶段。完整和最新的列表可以查阅源代码，这些命令在U-Boot顶级源代码目录的…/include/cmd_confdefs.h头文件中定义。
3.2 命令列表
| 命令集 | 命令 |
|---|---|
| CFG_CMD_BDI | bdinfo |
| CFG_CMD_LOADS | loads |
| CFG_CMD_LOADB | loadb |
| CFG_CMD_IMI | iminfo |
| CFG_CMD_CACHE | icache, dcache |
| CFG_CMD_FLASH | flinfo, erase, protect |
| CFG_CMD_MEMORY | md, mm, nm, mw, cp, cmp, crc, base, loop, mtest |
| CFG_CMD_NET | bootp, tftpboot, rarpboot |
| CFG_CMD_ENV | saveenv |
| CFG_CMD_KGDB | kgdb |
| CFG_CMD_PCMCIA | PCMCIA support |
| CFG_CMD_IDE | IDE hard disk support |
| CFG_CMD_PCI | pciinfo |
| CFG_CMD_IRQ | irqinfo |
| CFG_CMD_BOOTD | bootd |
| CFG_CMD_CONSOLE | coninfo |
| CFG_CMD_EEPROM | EEPROM read/write support |
| CFG_CMD_ASKENV | ask for environment variable |
| CFG_CMD_RUN | run command in environment variable |
| CFG_CMD_ECHO | echo arguments |
| CFG_CMD_I2C | I2C serial bus support |
| CFG_CMD_REGINFO | Register dump |
| CFG_CMD_IMMAP | IMMR dump support |
| CFG_CMD_DATE | Support for RTC, date/time, and so on. |
| CFG_CMD_DHCP | DHCP support |
| CFG_CMD_BEDBUG | Includes BedBug debugger |
| CFG_CMD_FDC | Floppy disk support |
| CFG_CMD_SCSI | SCSI support |
| CFG_CMD_AUTOSCRIPT | Autoscript support |
| CFG_CMD_MII | MII support |
| CFG_CMD_SETGETDCR | DCR support on 4xx |
| CFG_CMD_BSP | Board-specific functions |
| CFG_CMD_ELF | ELF (VxWorks) load/boot command |
| CFG_CMD_MISC | Miscellaneous functions, such as sleep |
| CFG_CMD_USB | USB support |
| CFG_CMD_DOC | Disk-on-chip support |
| CFG_CMD_JFFS2 | JFFS2 support |
| CFG_CMD_DTT | Digital therm and thermostat |
| CFG_CMD_SDRAM | SDRAM DIMM SPD info printout |
| CFG_CMD_DIAG | Diagnostics |
| CFG_CMD_FPGA | FPGA configuration support |
| CFG_CMD_HWFLOW | RTS/CTS hardware flow control |
| CFG_CMD_SAVES | Saves S record dump |
| CFG_CMD_SPI | SPI utility |
| CFG_CMD_FDOS | Floppy DOS support |
| CFG_CMD_VFD | VFD support (TRAB) |
| CFG_CMD_NAND | NAND support |
| CFG_CMD_BMP | BMP support |
| CFG_CMD_PORTIO | Port I/O |
| CFG_CMD_PING | Ping support |
| CFG_CMD_MMC | MMC support |
| CFG_CMD_FAT | FAT support |
| CFG_CMD_IMLS | Lists all found images |
| CFG_CMD_ITEST | Integer (and string) test |
| CFG_CMD_NFS | NFS support |
| CFG_CMD_REISER | Reiserfs support |
| CFG_CMD_CDP | Cisco Discovery Protocol |
| CFG_CMD_XIMG | Loads part of multi-image |
| CFG_CMD_UNIVERSE | Tundra Universe support |
| CFG_CMD_EXT2 | EXT2 support |
| CFG_CMD_SNTP | SNTP support |
| CFG_CMD_DISPLAY | Display support |
4. 操作流程与分析
4.1 Linux实时性能优化流程
为了更好地在Linux系统中实现实时性能，我们可以参考以下流程：
graph TD
A[明确实时需求] --> B[选择合适的内核版本]
B --> C{是否需要实时补丁}
C -- 是 --> D[应用实时补丁]
C -- 否 --> E[配置内核抢占模式]
D --> E
E --> F[测试实时性能]
F --> G{性能是否达标}
G -- 是 --> H[部署系统]
G -- 否 --> I[调整配置参数]
I --> F
- 明确实时需求 ：确定系统是软实时还是硬实时需求，例如多媒体应用可能是软实时，而工业控制器可能是硬实时。
- 选择合适的内核版本 ：选择支持所需实时特性的Linux内核版本。
- 是否需要实时补丁 ：根据系统的实时要求判断是否需要应用实时补丁，以获得更低的延迟。
- 应用实时补丁 ：按照补丁的说明进行操作，添加关键特性以实现可靠的低延迟。
- 配置内核抢占模式 ：根据系统的具体情况，从无抢占到完全实时抢占等多种模式中选择合适的模式。
- 测试实时性能 ：使用实时补丁中包含的测量工具进行性能测试。
- 性能是否达标 ：根据测试结果判断性能是否满足需求。
- 调整配置参数 ：如果性能不达标，调整内核配置参数，如抢占模式、调度算法等，然后再次测试。
- 部署系统 ：当性能达标后，将系统部署到实际环境中。
4.2 GNU通用公共许可证使用要点
在使用遵循GNU通用公共许可证的软件时，需要注意以下要点：
1.
复制源代码
- 确保在每个副本上显著且适当地发布版权声明和无保证声明。
- 保持所有提及许可证和无保证的声明完整。
- 向其他接收者提供许可证副本。
- 可以对复制的物理行为收费，也可提供付费保修服务。
2.
修改程序
- 使修改后的文件带有显著通知，说明修改内容和日期。
- 确保分发的作品免费许可给所有第三方。
- 若修改后的程序交互式运行，需按要求显示相关通知。
3.
分发目标代码或可执行形式
- 选择以下三种方式之一：
- 随附完整的相应机器可读源代码。
- 提供书面报价，以合理费用提供源代码副本。
- 随附收到的有关分发源代码的报价信息（仅适用于非商业分发）。
4.3 U - Boot命令使用场景分析
不同的U - Boot可配置命令适用于不同的场景，以下是一些常见命令的使用场景分析：
| 命令集 | 命令 | 使用场景 |
| — | — | — |
| CFG_CMD_NET | bootp, tftpboot, rarpboot | 通过网络启动系统，如从TFTP服务器下载内核镜像 |
| CFG_CMD_ENV | saveenv | 保存环境变量，确保系统配置信息的持久化 |
| CFG_CMD_FLASH | flinfo, erase, protect | 对闪存进行信息查看、擦除和保护操作 |
| CFG_CMD_MEMORY | md, mm, nm, mw, cp, cmp, crc, base, loop, mtest | 进行内存的查看、修改、比较、校验等操作 |
5. 总结
本文围绕Linux实时性能、GNU通用公共许可证和U - Boot可配置命令展开了详细的介绍。Linux在实时系统中的应用越来越广泛，通过内核抢占和实时补丁等技术可以实现更好的实时性能。GNU通用公共许可证为用户提供了共享和修改自由软件的权利，同时也规定了相应的责任和义务。U - Boot的可配置命令丰富多样，能够满足不同的系统配置和调试需求。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理选择和配置这些技术和工具，以确保系统的高效运行和合规使用。
通过对这些内容的深入理解和掌握，我们可以更好地利用Linux系统的优势，开发出满足实时性能要求的应用程序，同时遵守软件许可协议，保障软件的合法使用和自由传播。希望本文能够为读者在Linux相关领域的学习和实践提供有价值的参考。
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