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基于RTLinux的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)
摘要：從技術(shù)背景、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件和軟件設(shè)計(jì)等方面論述了基于RTLinux的閘門實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的組成、原理以及實(shí)現(xiàn)方法，并著重分析了軟件實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題。關(guān)鍵詞：RTLinux 實(shí)時(shí)控制 TCP/IP MYSQL數(shù)據(jù)庫(kù)
在水電站閘門控制系統(tǒng)中，設(shè)備地理位置分散、控制分散，基于常規(guī)繼電器的控制系統(tǒng)不能滿足電廠無(wú)人值班控制系統(tǒng)和全廠綜合自動(dòng)化的要求，必須將智能控制和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的同時(shí)又能對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能管理和維護(hù)。目前比較常用的控制系統(tǒng)大多由PLC構(gòu)成，成本較高，缺乏客戶定制的靈活性。本文從系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩個(gè)方面考慮，半基于RTLinux的控制平臺(tái)、工業(yè)以太網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)引入閘門控制系統(tǒng)。
1 RTLlinux、工業(yè)以太網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫(kù)
RTLinux是由新墨西大學(xué)的Victor Yodaiken等人開發(fā)的，現(xiàn)在已有商業(yè)化的版本推出。在RTLinux面世之前，Linux在實(shí)時(shí)性方面作過(guò)一些嘗試。在POSIX1.b中，規(guī)定了實(shí)時(shí)進(jìn)程的一些標(biāo)準(zhǔn)，但由于Linux內(nèi)核的不可搶先性，真正的實(shí)時(shí)進(jìn)程無(wú)法在標(biāo)準(zhǔn)的Linux環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。RTLinux采用簡(jiǎn)單而有效的方法解決了此問(wèn)題而不用重寫Linux內(nèi)核代碼。RTLinux實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高效的可搶先的實(shí)時(shí)調(diào)度核心，全面接管中斷，并把Linux作為此實(shí)時(shí)核心的一個(gè)優(yōu)先級(jí)最低的進(jìn)程運(yùn)行。當(dāng)有實(shí)時(shí)任務(wù)需要處理時(shí)，RTLinux運(yùn)行實(shí)時(shí)任務(wù)；無(wú)實(shí)時(shí)任務(wù)時(shí)，RTLinux運(yùn)行Linux的非實(shí)時(shí)進(jìn)程。圖1是RTLinux的結(jié)構(gòu)圖。
為保證實(shí)時(shí)進(jìn)程與非實(shí)時(shí)Linux進(jìn)程部順序進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，RTLinux引入了RT-FIFO隊(duì)列。RT-FIFO被Linux視為字符設(shè)備，最多可達(dá)150個(gè)，分別命名為/der/rtf0、/dev/rtf1……/dev/rtf63。最大的RT-FIFO數(shù)量在系統(tǒng)內(nèi)核編譯時(shí)設(shè)定。圖2說(shuō)明了RT-FIFO的工作原理。
RTLinux程序運(yùn)行于兩個(gè)空間：用戶空間內(nèi)核態(tài)。RTLinux提供了應(yīng)用程序接口，借助這些API函數(shù)將實(shí)時(shí)處理部分編寫成內(nèi)核模塊，并裝載到RTLinux內(nèi)核中，運(yùn)行于RTLinux的內(nèi)核態(tài)。非實(shí)時(shí)部分的應(yīng)用程序則在Linux下的用戶空間中執(zhí)行，這樣可以發(fā)揮Linux對(duì)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)的強(qiáng)大支持功能。
TCP/IP協(xié)議和以太網(wǎng)在Internet上的成功應(yīng)用吸引著越來(lái)越多控制程師。盡管以太網(wǎng)的時(shí)間不確定性給以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)性帶來(lái)了很多爭(zhēng)論，但是實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)絕大多數(shù)用于系統(tǒng)管理和維護(hù)等方面，用于實(shí)時(shí)控制的數(shù)據(jù)傳輸很少，這也是基于管理集中、控制分散的系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略考慮的。在較高的以太網(wǎng)傳輸速度下，現(xiàn)場(chǎng)智能處理單元的處理速度才是傳輸延遲的主要原因。本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)控制單元采用高速處理器，并采用RTLinux作為現(xiàn)場(chǎng)控制單元的控制平臺(tái)，直接用以太網(wǎng)傳輸數(shù)
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