课程培训
RTLinux 实时应用开发实战培训

  1 :RTLinux 实时基础与实时任务开发

1. 半导体设备实时系统基础与 RTLinux 工程实践

1.1 半导体设备对实时系统的工程化需求

半导体设备(刻蚀 / 薄膜沉积 / CMP / 运动平台)的典型实时控制场景

运动控制周期(1ms~100µs)

工艺同步控制(气体、温控、真空)

报警与联锁的确定性响应要求

实时系统三大核心指标

确定性延迟

最坏响应时间

长期稳定性(7×24 小时运行)

普通 Linux 在设备控制中的局限

抢占不可控

中断不可预测

多任务抖动问题

1.2 RTLinux / PREEMPT_RT 在设备控制中的工程定位

RTLinux 的工程实现路径(弱内核、强应用)

PREEMPT_RT 的定位

“双内核 RTLinux”思想的关系

PREEMPT_RT 的核心特性

全内核抢占

中断线程化

实时调度策略(SCHED_FIFO / SCHED_RR)

半导体设备软件常见架构示例

实时控制线程 + 非实时 UI / 日志 / 网络

1.3 实验一:RTLinux 实验环境搭建与实时基线测试

实验环境

VMware + Ubuntu 20.04(统一镜像)PREEMPT_RT 内核(已编译或提供包)

C/C++ 编译环境(gcc / pthread / rt)

实验内容

安装并验证 PREEMPT_RT 内核

使用 cyclictest 测试:

最大延迟

抖动分布

对比:

普通 Ubuntu 内核

PREEMPT_RT 内核

2. 实时任务编程与精密定时控制

2.1 基于 C/C++ 的实时任务编程模型

实时任务 ≠ 内核模块

实时线程创建与管理

pthread + SCHED_FIFO

优先级规划原则

高精度周期任务实现

clock_nanosleep()

绝对时间 vs 相对时间

定时抖动来源分析

系统调用

缓存未命中

调度干扰

2.2 实验二:模拟工艺周期的实时控制任务

实验内容

编写 C++ 实时周期线程:

周期:1ms

模拟工艺步骤状态机

模拟 IO 控制(GPIO / 内存变量)

记录并分析:周期抖动

最大执行时间

2 :实时多线程架构与系统级优化

3. 面向半导体设备的实时多线程架构设计

3.1 多优先级实时线程调度策略

半导体设备典型任务分级

高优先级:运动 / 联锁 / 报警

中优先级:工艺控制

低优先级:日志 / 通信

SCHED_FIFO 调度策略详解(工程规则)

CPU 亲和性绑定(CPU Affinity)

核心隔离思想

实时线程独占核心

3.2 实验三:多优先级实时控制系统

实验内容

构建三类线程:

高优先级:运动控制模拟

中优先级:温控任务

低优先级:日志记录

观察:

抢占关系

延迟变化

实际工程调优示范

4. 实时数据交互、中断模拟与系统稳定性

4.1 实时与非实时线程通信机制

实时 FIFO 与无锁队列

共享内存的工程使用方式

实时同步机制选型

mutex(优先级继承)

semaphore避免优先级反转的工程策略

4.2 实验四:实时采集与数据交互系统

实验内容

实时采集线程(高优先级)

非实时数据处理线程

共享内存 + 环形缓冲区

验证零拷贝低延迟通信

5. 系统调优、调试与长期可靠性保障

5.1 实时系统性能分析与问题定位

实时系统常见问题

优先级反转

中断占用过长

内存抖动

工程调试工具

trace-cmd

ftrace

latencytop

实时日志记录最佳实践

5.2 实验五:实时问题诊断与系统优化

实验内容

构造一个存在优先级反转的问题程序

使用工具定位问题

引入优先级继承机制进行修复

6. 半导体设备实时系统最佳实践总结

6.1 系统级实时优化要点

内存管理

锁页(mlockall)

内存池

启动参数优化

isolcpusnohz_full

rcu_nocbs

PREEMPT_RT 关键配置项解读

6.2 综合案例与客户场景讨论

典型半导体设备控制器软件架构拆解

与屹唐半导体实际项目场景对标

Q&A 与自由交流

 




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