及时体系是可能正在肯定的工夫内履行计较或处理事务并对外部事宜作出相应的计算机系统。对工业机器人节制来讲，实时性是一个相称紧张的内容，特别是正在近程机器人节制中，若是不克不及很好天知足体系所需的实时性要求，便得到了研讨的根底跟意思。以后公用的实时操作系统良多，可是遗憾的是它们的价钱昂扬，增长了开发成本。正在思量实时操作系统焦点的机能以外，更该当对开发工具、编译器、调试器之类的开辟情况停止周全思量，特别是跟着使用的不休进级，要求实时操作系统撑持各种网络协议跟编程语言，体系的通用性跟可移植性也应该列入思量的规模内。因而力图探求一种高性能的、廉价的以至是收费的实时操作系统，且功用必需齐备，通用性必需强。RT—Linux与Linux的联合是一项比力新奇的技巧，一方面它供给了面向非及时的的尺度功用，另一方面又供给了十分高效的知足底层硬件设备的及时机能须要。这类实现方式可以充分利用Linux的壮大功用跟RT—Linux的及时机能。并且RT—Linux是收费的，完整开放源代码，可降低开发成本，适用范围普遍。
1RT-Linux的系统结构
RT-Linux的根本思惟就是使Linux运转正在及时焦点之下，见图1。RT—Linux是一个可加载的焦点模块。一个小的RT-Linux及时内核同本来的Linux内核配合节制处理器。及时内核间接经管硬件中止，是以及时内核支配着机械的相应工夫，本来的Linux便没法影响及时使命了。正在RT-Linux中计划了两类中止。硬中止是畸形的Linux中止，硬中止则是真正的及时中止，履行时简直不任何耽误。实现时，RT-Linux是经由过程正在Linux焦点跟中止处理器之间计划一个仿真软件去到达其目标的。
及时中止没有颠末中止仿真器，尺度Linux的一切硬件中止起首被中止仿真器捕捉，以是也根本无法影响及时历程的处置惩罚。当及时内核制止中止时，仿真器中的一个标记位被置0。当有别的非及时中止发生时，仿真器搜检阿谁标记位，若是为0，解释没有容许中止，不然可以立刻执～Linux中止处理程序。筒而言之，Linux不克不及中止自身，可是RT-Linux可以中止Linux，那也便到达了所谓的”RT—Linux的焦点可抢占机制”。及时使命与平凡历程之间的通讯是经由过程封闭，开释行列去实现的。具体地说就是当有及时使命要实现时，实时操作系统运转及时内核下的使命;当不及时使命时，及时内核调理Linux运转。以是Linux是及时内核中优先级最低的一个使命。
目前为止，正在RT-Linux中采取两种调理战略。一种是基于优先级的抢占式调度算法;另一种是lsmaelRipoll实现的EDF(EarliestDeadlineFirst)算法。关于周期性使命可以采取枯燥率调理算法，即周期短的使命可能取得较下的优先级。调理战略将Linux视为付与最低优先级的及时使命。
Linux仅仅正在及时体系不别的使命时运转。Linux跟及时使命之间的转换根据上述说起的硬中止形态而定。RT-Linux经由过程如许一种计划方式，将尺度的Linux焦点改成一个可抢占的、存在低耽误中止处置惩罚的及时体系。
2及时机器人控制系统的硬/硬件布局
2.1硬件系统结构
全部及时机器人控制系统次要的硬件部件为：与IBM—PC兼容PentiumIII733MHzq-业节制微机(IPC)，内存l28MB;三轴地位控制卡(PCL一832);l0/100M自顺应网卡、集线器等以太网毗邻设备;机器人本体为存在5个自由度的日产PT500机器人。
机器人控制器运转于一台工业节制微型计算机(IPC)上。正在该IPC上装置了两块三轴地位控制卡。每块三轴地位控制卡能对三轴停止联动插补节制。每轴有公用地位芯片节制，组成一个伺服地位跟速率环。三轴地位控制卡以插补工夫为周期接连收回中止，咱们须要正在DDA周期起头之前，将地位信息写入地位控制卡举措节制芯片的缓冲区中。放在DDA脉冲缓冲器中的脉冲数被传到DDA发生器，正在下一个DDA周期中输出。然后由三轴地位控制卡将各轴对应的脉冲数注释为响应的电平旌旗灯号，驱动伺服驱动器以驱动机器人本体的运动。
2.2软件系统布局
全部机器人及时控制器的系统结构如图2所示，全部体系分为2个域：及时域跟非及时域。及时域中实现的是及时设备驱动程序，担任PCL-832地位控制卡的节制与中止相应，驱动机器人本体运动;非及时域中实现的是上层的机器人节制界面跟近程监控子系统;两者之问经由过程及时先进先出(RT-FIFO)缓冲行列停止数据交换。内核调理战略将Linux视为付与最低优先级的及时使命，Linux中的非及时使命仅仅正在及时体系不别的使命时运转，以确保及时使命的最高及时优先级。
分拣机器人厂家地址(1)RT-Linux中的及时模块
及时域中的软件模块次要是三轴地位控制卡(PCL一832)的设备驱动程序。驱动程序是可能间接接见硬件的模块，存在应用程序没有具有的处置惩罚中止跟读写端口的才能，是嵌入操作系统焦点的底层软件。三轴地位控制卡以毫秒级收回DDA中断请求，对DDA中止的相应的快慢是决意全部机器人控制器及时机能的要害目标。咱们开辟的及时设备驱动程序位于RT-Linux的及时域中，享有体系最高及时优先级。它是全部及时机器人控制系统的条件跟根底。RT-Linux中的三轴地位控制卡的及时设备驱动程序必需处置惩罚以下事件：
1)相应三轴地位卡的插补周期中止(DDA)，并输出地位脉冲数值;
2)相应三轴地位卡的偏差溢出中止(Ov)，告诉应用程序停止响应处置惩罚;
(2)Linux中的非及时模块
非及时域中的软件模块由机器人控制器跟近程监控子系统构成。当地的机器人控制器担任将文本机器人指令注释成响应的地位脉冲数据，经由过程先进先出(RT-FIFO)缓冲行列发送给及时域中的驱动程序驱动机器人本体运动。图形仿真与监控体系运转于另一台微机上，它可能吸收来自机器人控制器或许离线编程与仿真数据发生器的机器人及时形态，经由过程三维图形仿真的方法及时显现出来，给用户一个直观的机器人运转形态信息，随时监督机器人的运动形态。同时存在权限的用户可能以离线编程方法或在线操纵方法经由过程高速以太网离别与离线编程与仿真数据发生器跟机器人控制器停止毗邻，实现离线编程跟对机器人的实际节制。
3及时体系的机能评价
及时体系的机能评价次要正在8个方面停止。它们离别是使命换道机能、使命优先级机能、内存分派机能、使命外部通讯机能、中止延迟时间、操作系统运转时服从、初始化工夫跟关机工夫。而正在机器人节制中最讲求的就是中止相应时问。由于便本名目而言，咱们最关I～RT-Linux系统对三轴地位控制卡(PCL一832)的DDA中止的相应工夫，一切事情的目标就是为了尽量减少中止相应工夫。
3.1测试环境及方式
用于测试的工业节制微机的硬件设置为IntelPentium(clockl20MHz)，RAM64MB;服务器软件是用(内核版本号2.2.5一l5)，RT-Linux的版本号2.2;收集情况l0/100M自顺应网卡。中止相应工夫的快慢间接反应了如许一个进程的快慢：正在用户层的用户历程经由过程体系挪用将脉冲数据写入位于核心层的及时驱动程序的数据缓冲行列，正在下一个DDA中断请求到来时，中止服务例程将数据缓冲行列中的脉冲数据写入三轴地位控制卡的举措节制芯片的缓冲区，驱动机器人本体运转。是以，咱们将用户层的用户历程起头挪用体系挪用发送脉冲数据的时辰作为测试起头时辰，将下一个DDA中断请求到来时，响应的DDA中止服务例程将数据写入三轴地位控制卡的举措节制芯片的缓冲区，以驱动机器人本体运转的时辰作为测试完毕的时辰。图3反应了上述进程。
3.2测试成果
咱们离别设置DDA周期为8、12、16、24ms的4种环境作了测试，颠末计较，可以得出表1所示的成果。
表1低负载下DDA中止相应处置惩罚时问测试成果
可见，正在低负载下RT-Linux的丈量工夫要比Linux下快0.5—0.6ms摆布，证实了采取RT—Linux体系的确可能进步体系的及时机能。正在这里有几点须要解释：
北京分拣机器人(1)RT—Linux间接接管硬件中止，以是咱们将PCL一832卡的DDA中止跟OV中止装置正在及时域中，目标就是让RT-Linux最早捕捉那两个及时中止，停止处置惩罚。可是正在尺度Linux下采取的是硬中止的观点，也就是说没法保障DDA中止跟OV中止最早履行。咱们的机器人控制器一旦加上网络通信模块，停止监督跟仿真时，则正在运转进程中DDA中止跟OV中止要遭到来自网卡中止的影响。以是正在这类环境下，为了保障机器人运动的实时性，采取RT-Linux的劣势便表现出来了。若是正在网卡干涉干与的环境下测试，尺度Linux下的中止处置惩罚工夫将比下要来得更长。
(2)若是用户应用层斥地大批的用户历程，则关于分时的尺度Linux来讲会遭到很大水平的影响。可是关于RT-Linux来讲，及时历程不会遭到非及时域中用户历程的影响，以是正在这类重负载环境下，RT-Linux的实时性比尺度Linux下要下。
由测试成果可以看出，RT-Linux体系中止相应比尺度Linux延时工夫短，这个成果也预示正在体系下负载环境下RT-Linux体系中的及时机能的劣势将更加较着。实际利用该及时机器人控制器时，机器人运转十分不变，能知足实时控制的须要。
4总结
快递分拣机器人的优点省分拣机器人正在机器人控制器的计划中，若何最大水平的进步机器人节制的实时性是一个关键问题。本文中咱们使用了将软件使命分别及时域与非及时域的思惟，提出并实现了一种将RT-Linux与Linux联合的及时机器人控制系统。该体系的优点是：一方面供给了十分高效的知足底层硬件设备的及时机能，另一方面可以充分利用Linux的壮大功用。并且RT-Linux是完整开放源代码的免费软件，降低了开发成本。是以该技巧存在十分普遍的产业化前景。
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