工業(yè)控制、工業(yè)網(wǎng)關、軌道交通、能源電力等場景，都需要一個運行穩(wěn)定、可靠的“實時操作系統(tǒng)”。RT-Linux作為一款開源實時性操作系統(tǒng)，擁有實時性內(nèi)核、開源、免費、功能完善等特性，完美滿足了工業(yè)場景需求。

本文基于觸覺智能旗下瑞芯微RK系列開發(fā)板，歷經(jīng)240小時實測！展開RT-Linux實時性系統(tǒng)兩大內(nèi)核：PREEMPT_RT與Xenomai實時性數(shù)據(jù)測評！

RT-Linux內(nèi)核簡介

• PREEMPT_RT

PREEMPT_RT是RT-Linux實時性內(nèi)核補丁，通過增強內(nèi)核搶占能力、將中斷處理線程化、改造鎖機制等方式，大幅降低系統(tǒng)延遲峰值（低至微秒級），減少 “不可搶占” 場景，使 Linux 能更好適配工業(yè)控制、機器人、自動駕駛等對實時響應要求嚴苛的場景，目前其核心功能已逐步整合到 Linux 主線內(nèi)核，可通過配置直接啟用。

• Xenomai

Xenomai是一套為嵌入式系統(tǒng)設計的實時開發(fā)框架，通過 “雙內(nèi)核” 架構(gòu)（在 Linux 內(nèi)核旁運行實時微內(nèi)核），為應用提供納秒級別的硬實時響應能力，同時允許實時任務與 Linux 系統(tǒng)服務協(xié)同工作，廣泛用于工業(yè)自動化、機器人、航空航天等對實時性要求極高的場景，支持多種硬件架構(gòu)且兼容POSIX 實時接口。

• 實時性測試環(huán)境

測試主板：觸覺智能旗下瑞芯微RK35XX系列開發(fā)板，包括RK3506、RK3562、RK3568、RK3576、RK3588。

軟件測試工具：Cyclictest（通過串口工具命令操作）

RT-Linux系統(tǒng)-PREEMPT_RT內(nèi)核測試

觸覺智能RK3506、RK3562、RK3576、RK3568、RK3588五款開發(fā)板，分別在CPU空載、滿負荷+核心隔離的三種情況下，運行指令連續(xù)測試24小時，數(shù)據(jù)如下：

• RK3506系統(tǒng)內(nèi)核為Linux Kernel6.1.84

• RK3562-系統(tǒng)內(nèi)核為Linux Kernel5.10.226

• RK3568系統(tǒng)內(nèi)核為Linux Kernel5.10.209

• RK3576系統(tǒng)內(nèi)核為Linux Kernel6.1.99

• RK3588-系統(tǒng)內(nèi)核為Linux Kernel5.10.226

• RK系列開發(fā)板PREEMPT_RT實測數(shù)據(jù)對比

RT-Linux系統(tǒng)-Xenomai內(nèi)核測試

Xenomai與PREEMPT_RT測試方法一致，數(shù)據(jù)如下：

• RK3506

• RK3562

• RK3568

• RK3576

• RK3588

• RK系列開發(fā)板Xenomai實測數(shù)據(jù)對比

結(jié)論分析

在處理器性能差異的情況下，觸覺智能RK3506（Linux6.1內(nèi)核）實時性延遲竟超過了性能更優(yōu)的RK3568（Linux5.10內(nèi)核）表現(xiàn)。經(jīng)驗證主要有以下幾點原因造成:

（1）調(diào)度器改進

Linux 6.1對調(diào)度器（如CFS）進行了多項優(yōu)化，包括負載均衡算法改進（如公平組調(diào)度優(yōu)化），減少了任務遷移延遲。

（2）中斷線程化增強

Linux 6.1改進了線程化中斷（IRQ threads）的優(yōu)先級管理，確保高優(yōu)先級中斷能更快搶占低優(yōu)先級線程。例如，irq_work_queue()的優(yōu)化減少了中斷處理延遲。

（3）鎖機制優(yōu)化

Linux 6.1引入了更細粒度的rtmutex鎖優(yōu)化，減少了RT任務在爭搶鎖時的等待時間。例如，通過“鎖 stealing”機制避免無效的喚醒操作。

（4）Preempt-RT補丁版本

Linux 6.1集成了更新的RT補丁，修復了5.10的早期版本（如RK3568的5.10.209）的定時器競爭條件和優(yōu)先級繼承漏洞。