RTLinux构建的磁悬浮轴承控制器实验平台

(3) 基于DSP的软件资源稀缺。DSP平台上缺乏好的C编译器（造成代码的开发效率很低、代码的可重用性并），没有通用的操作系统（开发时必须自己编写任务调度程序，难于实现多任务能力）。虽然国外有研究人员曾经实现了DSP上的多任务调度磁悬浮轴承控制[3]，但其针对的是某一型号的DSP硬件，并且代码及相关资料难于获取，难以形成标准、广泛推广。

3 PC机作为控制器实验平台的优越性

选择PC机作为控制器实验平台是考虑到它有如下的优势：

（1） 可以使用C语言进行开发，不必担心效率问题（PC机平台下优秀的C编译器可以达到汇编语言效率的90%以上）。程序具有移植性，不依赖于硬件。软件的可重用性好，后续的开发工作不必从头开始。

（2） 软件资源丰富，尤其在RTLinux下，所需开发软件均为免费软件，不存在软件开发成本问题。能在图形界面下进行开发，充分利用PC机平台的开发优势。有强大的实时操作系统支持，可轻松实现多任务调度。通过多任务编程，能实时改变控制参数和控制算法，实时监控控制器的输入、输出及内部变量。

    （3） A/D、D/A板卡可从专业厂商处获取，价格不高，不需自行开发，硬件平台可以很快构建完毕。且这一部分投资不会因PC机的升级而作废。

（4） 易于实现网络编程，必要时可通过局域网进行远程监控。

（5） 运算速度以及实时性能随PC机的升级而自然升级，升级成本低，性能提升迅速。

当然，PC机平台在体积、抗环境干扰的稳定性上，相对DSP平台有其劣势。但是，就研究阶段作为控制器实验平台而言，它无疑是比DSP平台更好的选择。

4 软件平台选择

软件平台的选取，应对DOS、Windows及RTLinux进行比较评估，最后确定选择何种平台。

图5 采用PC机与RTLinux开发的控制平台的基本结构

    由于磁悬浮轴承的控制要求很高的实时性，因而软件平台必须是实时平台。这里先对实时系统进行简单的介绍。实时性是一个相对的概念，其标准常用“系统响应时间”来衡量。对实时平台的评估主要用到两个指标，即“任务切换时间”、“中断响应时间”。

事实上，DOS在“中断响应时间”上无可挑剔，便考虑到其不具备任务调度能力（除非另行开发任务调度代码），并且没有图形开发环境，将来软件开发成本会很高，故不予考虑。

Windows为一多任务操作系统，其多任务的特性不可避免地对其实时性造成不利影响。有相关资料表明，Winodws的中断响应时间会在几百微秒到几百毫秒的范围内波动。Windows下，系统在“任务切换时间”、“中断响应时间”方面，表现均很差。

RTLinux是一硬实时系统，作为一新兴的实时平台，可从网上免费获取，并且基源码是完全公开的。它是由美国新黑西哥理工学院开发的基于标准Linux的嵌入式操作系统。到目前为止，RTLinux已成功应用于从航天飞机的空间数据采集、科学仪器测控到电影特技图像处理等广泛的应用领域[4]。

RTLinux提供了一个精巧的实时内核，并把标准的Linux核心作为实时核心的一个进程，同用户的实时进程一起调度。这样做的好处是好Linux的改动量最小，充分利用了Linux平台现有的丰富的软件资源。其系统结构如图2所示。

这样的结构，一方面保证了它的稳定性，另一方面由于它将实时进程的优先级设为高于标准的Linux进程，从而保证了系统的实时性。并且RTLinux的实时特性与硬件密切相关，只要硬件速度得到提升，它的实时特性将相应提升。这就能保证充分发挥微机平台硬件速度上的优势及硬件升级的便利性。

下面介绍如何对RTLinux的中断响应时间进行测试。测试前将打印机并口的脚2与脚10(中断脚)短接，测试程序每隔100μs