面向5G行業(yè)終端的實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)研究2023

2023年4月景逐漸趨于多樣化，也對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性、安感場(chǎng)景中，關(guān)鍵是降低網(wǎng)絡(luò)端到端時(shí)延。隨著5G、新型短距等技術(shù)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通目前5G行業(yè)終端操作系統(tǒng)可粗略分為嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)。非實(shí)時(shí)任務(wù)無法在同一設(shè)備上運(yùn)行。本研究課力的前提下，提升終端操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，保障有限公司、紫光展銳(上海)科技有限公司完成日期：2023年4月 12規(guī)范性引用文件 13縮略語 1 24.15G應(yīng)用場(chǎng)景性能需求 24.1.1實(shí)時(shí)性要求 2 34.1.3安全性要求 44.2典型場(chǎng)景的業(yè)務(wù)性能指標(biāo) 44.35G典型場(chǎng)景的端到端時(shí)延構(gòu)成分析 555G行業(yè)終端實(shí)時(shí)計(jì)算典型場(chǎng)景 75.1低時(shí)延場(chǎng)景 75.2中低時(shí)延場(chǎng)景 85.3中等時(shí)延場(chǎng)景 965G行業(yè)終端操作系統(tǒng)現(xiàn)狀 6.2通用操作系統(tǒng) 75G行業(yè)終端實(shí)時(shí)計(jì)算關(guān)鍵技術(shù) 7.1專有硬件實(shí)時(shí)增強(qiáng) 7.2硬件實(shí)時(shí)虛擬化 7.4操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)虛擬化 85G行業(yè)終端實(shí)時(shí)計(jì)算解決方案 8.1PLC工業(yè)控制解決方案 8.1.1虛擬化層實(shí)時(shí)性優(yōu)化 8.2.1硬件層實(shí)時(shí)性優(yōu)化 8.3高清視頻傳輸解決方案 8.3.2虛擬化層實(shí)時(shí)性優(yōu)化 23 25參考資料 15G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告2022-01-C-0101范圍尤其承載時(shí)延敏感類業(yè)務(wù)的5G行業(yè)終端。本報(bào)告同時(shí)提供PLC工業(yè)控制、高清本研究報(bào)告將重點(diǎn)對(duì)5G行業(yè)終端操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)進(jìn)行研究，不涉及或日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本研究課題，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本研究課題達(dá)切片分組網(wǎng)(SPN)設(shè)備技術(shù)規(guī)范，中國移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司.3縮略語表1中英文對(duì)照中文含義ApplicationProgrammingInterface應(yīng)用程序編程接口ComputerNumericalControlCustomerPremiseEquipme2022-01-C-0105G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告GraphicProcessingUnit圖形處理單元GenericSegmentationOHumanMachineInterf網(wǎng)絡(luò)人機(jī)界面IP數(shù)據(jù)包加速器進(jìn)程間通信Multi-AccessEdgeComputi多接入邊緣計(jì)算Neural-networkProcessUni空中下載技術(shù)PeripheralComponentInterconnectEx高速串行擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)ProgrammableLogicContrReal-timeOperating實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RemoteTerminalUnitSupervisoryControlAndDataA安全數(shù)字輸入輸出SharedMemoryInter-ProcessCom共享內(nèi)存進(jìn)程間通信切片分組網(wǎng)VirtualMachineMan4.15G應(yīng)用場(chǎng)景性能需求樣化的通信場(chǎng)景，也面臨用戶對(duì)于具體應(yīng)用的不同需求，35G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告2022-01-C-010硬實(shí)時(shí)準(zhǔn)實(shí)時(shí)降低其性能要求以適應(yīng)錯(cuò)過的截止時(shí)間軟實(shí)時(shí)試圖滿足截止時(shí)間，但在錯(cuò)過截止時(shí)間時(shí)不會(huì)視為系統(tǒng)故障網(wǎng)頁瀏覽、用于游戲的音頻和視頻傳的標(biāo)準(zhǔn)，X可代表數(shù)字3-6,整體代表系統(tǒng)正常使用時(shí)間占全年的百分比。以可靠性5個(gè)9為例，可列計(jì)算公式如下(1-99.999%)*365*24*60=5.26分鐘，表示該系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行1年時(shí)間里最多可能的業(yè)務(wù)中斷時(shí)間是5.26分鐘。安全性是指將具有高安全要求的關(guān)鍵應(yīng)用(或數(shù)據(jù))與普通應(yīng)用(或數(shù)據(jù))高時(shí)延(T3<200ms),詳情如表3所示。從業(yè)務(wù)時(shí)延、可靠性和吞吐量角度看，網(wǎng)的音視頻傳輸?shù)?。不同?yīng)用場(chǎng)景的有效載荷范圍變化較大，從配電自動(dòng)化的4字節(jié)到運(yùn)動(dòng)控制的250字節(jié)、再到音視頻傳輸?shù)?.5千字節(jié)。時(shí)延等級(jí)端到端時(shí)延/循環(huán)周期有效載荷大小抖動(dòng)用戶數(shù)據(jù)低運(yùn)動(dòng)控制控制周期離散控制中過程控制用于遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程控制<10ms,視頻55G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告2022-01-C-010的視頻傳輸傳輸<100ms自動(dòng)駕駛<20ms,環(huán)境信息<100ms差動(dòng)保護(hù)精準(zhǔn)負(fù)荷控制高無人機(jī)操作及控制周期低壓集抄<3s,電網(wǎng)移動(dòng)巡檢多媒體信息<200ms,控制信息<100ms接下來通過分析5G典型場(chǎng)景的端到端時(shí)延構(gòu)成，定量評(píng)估終端處理時(shí)延在總時(shí)延占比。對(duì)于一個(gè)5G典型業(yè)務(wù)來說，端到端時(shí)延可以進(jìn)一步分解為各節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延和節(jié)點(diǎn)間傳輸時(shí)延之和，即終端、空口、傳輸網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、應(yīng)經(jīng)層中應(yīng)用平臺(tái)應(yīng)用務(wù)中承數(shù)網(wǎng)層中應(yīng)用房中基站空口層值中核心同u層業(yè)中n占圖15G典型場(chǎng)景的端到端時(shí)延構(gòu)成延=傳輸距離x光纖時(shí)延+PE節(jié)點(diǎn)數(shù)x節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延+P節(jié)點(diǎn)數(shù)x節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。值為540us。75G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告2022-01-C-010大幅提升，主要改進(jìn)的是無線空口時(shí)延，5G空口時(shí)延降低為4G空口時(shí)延的十分之一左右，因此5G通信的傳輸時(shí)延逐漸接近終使得終端操作系統(tǒng)的處理時(shí)延占全部的比重上升到約14.3%-47.6%,操作系統(tǒng)的本章以不同時(shí)延等級(jí)的幾個(gè)典型應(yīng)用場(chǎng)景為例，構(gòu)，闡述不同業(yè)務(wù)對(duì)5G行業(yè)終端操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理性能、隔離性、安全性等并且具有硬實(shí)時(shí)保障。端到端的離散工控任務(wù)循環(huán)掃描周期要求在4-10ms,部分對(duì)時(shí)間敏感的控制業(yè)務(wù)(如伺服電機(jī)控制等),端到端時(shí)延在4ms以下。根據(jù)工業(yè)積累經(jīng)驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)雙向時(shí)延<周期*20%,抖動(dòng)<周期*10%,其中周期指一個(gè)控制進(jìn)而可推導(dǎo)得出控制端下發(fā)指令時(shí)間約占40%,通用系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度時(shí)延抖動(dòng)無法服務(wù)器等5G行業(yè)終端上運(yùn)行。圖2皮帶糾偏PLC遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)架構(gòu)圖3港口5G數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)95G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告2022-01-C-010①④圖4井下無人化采掘系統(tǒng)架構(gòu)圖具體以港口5G數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)場(chǎng)景為例，該場(chǎng)景下需要滿足高速率、高帶寬、低時(shí)延的數(shù)據(jù)傳輸，保障港口自動(dòng)化設(shè)備的高效安全運(yùn)行。目前5G基站一般安裝于燈塔位置，雖然實(shí)現(xiàn)了5G專網(wǎng)覆蓋，但是網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量會(huì)出現(xiàn)各種時(shí)延抖動(dòng)，滿足不了港口實(shí)際通信需求。由于5GCPE行業(yè)終端的操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不夠強(qiáng)，經(jīng)常有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)阻塞、或者被延誤。當(dāng)前5G專網(wǎng)部署過程中，常出現(xiàn)由于終端操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不足，造成終端任務(wù)調(diào)度時(shí)延抖動(dòng)過大，吞吐量，增加了試驗(yàn)排查成本，降低了用戶5G專網(wǎng)高質(zhì)量服務(wù)體驗(yàn)?，F(xiàn)對(duì)機(jī)房設(shè)備的電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)、繼電保護(hù)，對(duì)潛在警，同時(shí)不影響其他設(shè)備正常運(yùn)行等。該場(chǎng)景內(nèi)，業(yè)務(wù)具備準(zhǔn)實(shí)時(shí)保障。為了降低部署依賴，通常需要將運(yùn)行時(shí)庫綁定不同硬件資源，實(shí)現(xiàn)硬件資源隔離。圖5高清視頻傳輸系統(tǒng)架構(gòu)5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告2022-01-C-010每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)在最壞情況下的實(shí)時(shí)性要求都能得到滿足有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，能夠有效管理復(fù)雜的系統(tǒng)資源，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)us級(jí)任務(wù)、中斷響應(yīng)，具有通用操作系統(tǒng)沒有的當(dāng)前嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)碎片化嚴(yán)重，共有上百種系統(tǒng)，常見的包括大部分都支持多用戶和多進(jìn)程，負(fù)責(zé)管理眾多的用操作系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則是：盡量縮短系統(tǒng)的平率，在單位時(shí)間內(nèi)為盡可能多的用戶請(qǐng)求提供服務(wù)為實(shí)時(shí)場(chǎng)景設(shè)計(jì)，內(nèi)核不可搶占，任務(wù)調(diào)度延遲面對(duì)第4章所述的不同5G場(chǎng)景實(shí)際應(yīng)用，行業(yè)終端采用的實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)2022-01-C-0105G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告對(duì)目前兩大類操作系統(tǒng)存在的問題，實(shí)時(shí)虛擬化技術(shù)通過一個(gè)系統(tǒng)上兼容實(shí)時(shí)任務(wù)和非實(shí)時(shí)任務(wù)，在保適配和豐富的應(yīng)用能力，支持將多個(gè)嵌入式設(shè)備合并到虛擬化系統(tǒng)具備很多優(yōu)點(diǎn)：一是可隔離，可實(shí)現(xiàn)天然的安全屬性。二是可移植，軟件部署與虛擬化研究的關(guān)鍵。但是虛擬化手段眾多，不同方法一定差別。如果系統(tǒng)層級(jí)眾多，實(shí)時(shí)調(diào)度算法一步需提升操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)虛擬化能力，保障針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景，采用硬件優(yōu)化方案，引入專用地址是本機(jī)地址，則交由本機(jī)上層應(yīng)用；如果目的地址a.ForwardingbyCPUData(1)通過操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。也是本文中場(chǎng)景一(第8.1章)采用的方案，該方案依靠純軟件實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有操作系統(tǒng)(2)不經(jīng)過操作系統(tǒng)，通過路由學(xué)習(xí)，將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口直接對(duì)應(yīng)。也是本文中場(chǎng)景二(第8.2章)采用的方案，此方案通過用戶空間軟件實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)(3)通過專用硬件轉(zhuǎn)發(fā)。也是本文中場(chǎng)景三(第8.3章)采用的方案，此方相較于方案(1)和方案(2),方案(3)為純硬件轉(zhuǎn)發(fā)方式，采用GSO、耗，可更好滿足5G高速率場(chǎng)景性能和功耗等方面要求。和非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，和軟件虛擬化相比，可以有效利離性和可定制性。但是硬件虛擬化架構(gòu)直接運(yùn)(1)完全虛擬化是通過Host系統(tǒng)進(jìn)行虛擬化，Host系統(tǒng)通過Hypervisor(虛擬機(jī)控制器virtualmachinemonitor,VMM)來管控虛擬機(jī)，不需圖8硬件虛擬化架構(gòu)圖7.3微內(nèi)核實(shí)時(shí)虛擬化微內(nèi)核驅(qū)動(dòng)(用戶空間)MicroHypervisor(微內(nèi)核)圖9微內(nèi)核虛擬化架構(gòu)圖5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告2022-01-C-010時(shí)性因素主要有時(shí)鐘精度、系統(tǒng)中斷、進(jìn)程調(diào)度算法和內(nèi)核可搶占性等，每一部(1)直接修改Linux內(nèi)核技術(shù)路線。對(duì)Linux內(nèi)核代碼進(jìn)行細(xì)微修改并不對(duì)內(nèi)核作大規(guī)模的變動(dòng)，在遵循GPL協(xié)議的情況下，直接修改內(nèi)核源代碼將Linux改造成一個(gè)完全可搶占的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是通過修改Linux內(nèi)核，難以(2)雙內(nèi)核技術(shù)路線。在原Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上添加一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核，實(shí)時(shí)調(diào)度。其優(yōu)點(diǎn)是可以做到硬實(shí)時(shí)，并且能很方便地2022-01-C-0105G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告a.Linux內(nèi)核實(shí)時(shí)補(bǔ)丁方案算框架Spark等，但隨著算力在端側(cè)投放的增加，如何保證高算5G行業(yè)終端的實(shí)時(shí)性，成為業(yè)界的研究重點(diǎn)。本小節(jié)簡要提出了端側(cè)的算力調(diào)度實(shí)時(shí)增強(qiáng)技術(shù)的設(shè)計(jì)思路，如圖11所示。第三，數(shù)據(jù)管理層，這個(gè)層主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和編排，針對(duì)不同的類型5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告2022-01-C-010第五層，資源層。這層主要是統(tǒng)一本地和網(wǎng)絡(luò)上的度層來使用；同時(shí)，加入了時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)，通過時(shí)間敏感第六層，監(jiān)控層，可以監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向和和數(shù)據(jù)地圖，可以用于調(diào)試和AI學(xué)習(xí)，優(yōu)化計(jì)算通過5層模型，可以保證分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算的實(shí)時(shí)性和彈性，同時(shí)也能保發(fā)起層圖11算力調(diào)度實(shí)時(shí)增強(qiáng)架構(gòu)圖85G行業(yè)終端實(shí)時(shí)計(jì)算解決方案 5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告隨著云端業(yè)務(wù)開始下沉到邊端，逐漸形成了云邊端融合的實(shí)時(shí)計(jì)算模式，而理器是異構(gòu)的，導(dǎo)致處理計(jì)算資源的方式不一樣；第二，操作系統(tǒng)不同，不同的硬件設(shè)備采用不同的操作系統(tǒng)，分為實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)和通用操作系統(tǒng)；第三，端側(cè)任務(wù)的顆粒更加細(xì)微，包括實(shí)時(shí)任務(wù)和非實(shí)時(shí)任務(wù)，任務(wù)間通信的手段更多元；第四，不同類型的任務(wù)對(duì)性能有不同的要求，衡量性能的指標(biāo)也會(huì)復(fù)雜和精細(xì)。所以整體上必須兼顧上述特點(diǎn)來整體規(guī)劃端側(cè)實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)。5G行業(yè)終端側(cè)實(shí)時(shí)計(jì)算解決方案架構(gòu)可以細(xì)分為硬件層、實(shí)時(shí)虛擬化層、內(nèi)核層、應(yīng)用層。首先，內(nèi)核層主要包括實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度、管理與通信，多核異構(gòu)管理和實(shí)時(shí)通信，實(shí)時(shí)中斷管理，內(nèi)存的管理與共享內(nèi)存等；其次，實(shí)時(shí)虛擬化層主要包括采用硬件實(shí)時(shí)虛擬化、操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)虛擬化、微內(nèi)核實(shí)時(shí)虛擬化等方戶態(tài)軟件的實(shí)時(shí)計(jì)算解決方案，包括IP包轉(zhuǎn)發(fā)加速技術(shù)、算力調(diào)度實(shí)時(shí)增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用層應(yīng)用層內(nèi)核層實(shí)時(shí)虛擬化層硬件操作系統(tǒng)層圖12終端實(shí)時(shí)計(jì)算總體解決方案架構(gòu)根據(jù)第5章所述的三種實(shí)際業(yè)務(wù)的痛點(diǎn)需求，業(yè)界已利用專有硬件實(shí)時(shí)增強(qiáng)、性強(qiáng)的重點(diǎn)解決方案，并在網(wǎng)關(guān)、CPE、通用控制器等5G行業(yè)終端上開展了實(shí)時(shí)計(jì)算技術(shù)驗(yàn)證，并取得了良好的性能效益。8.1PLC工業(yè)控制解決方案容。傳統(tǒng)的硬件虛擬化技術(shù)在性能方面無法支撐控制邏輯的高實(shí)時(shí)性要求，原因是傳統(tǒng)的硬件虛擬化技術(shù)是將客戶機(jī)作為宿主操作系統(tǒng)的一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行，無法直接響應(yīng)中斷，并且會(huì)受到其他進(jìn)程調(diào)度影響，無法保障高實(shí)時(shí)性。本方案采用安全隔離微內(nèi)核技術(shù)構(gòu)建高實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，采用分時(shí)調(diào)度方式實(shí)現(xiàn)多個(gè)高實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)并行調(diào)度，使高實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以直接訪問中央處理器的特殊指虛擬客戶虛擬客戶安全隔離內(nèi)核H程進(jìn)程有獨(dú)立邏輯地址表。安全隔離內(nèi)核在啟動(dòng)虛擬客戶機(jī)對(duì)虛擬客戶機(jī)接收IO中斷的隔離。傳統(tǒng)虛擬客戶機(jī)在運(yùn)行過程只能接收到宿主仿真的硬件中斷，并非真實(shí)的IO設(shè)備產(chǎn)生的中斷，其仿真中斷在傳導(dǎo)過程容易收到操作系統(tǒng)其他進(jìn)程調(diào)度的影響。安全隔離內(nèi)核運(yùn)行在宿主機(jī)的層，最靠近硬件的軟件層次上。當(dāng)宿主機(jī)啟動(dòng)時(shí)，安全隔離內(nèi)核管理所有虛擬客戶機(jī)使用2022-01-C-0105G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告足虛擬客戶機(jī)的高實(shí)時(shí)性需求；宿主機(jī)為虛擬通過MODBUSTCP或者共享內(nèi)存接口等方式直接通信，通過虛擬網(wǎng)卡方式實(shí)現(xiàn)件之間的通信有效確保數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，滿足自實(shí)時(shí)系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)TOsTOS虛擬網(wǎng)卡/SMIPC/共享內(nèi)存/虛擬中斷虛擬網(wǎng)卡/SMIPC/共享內(nèi)存/虛擬中斷非實(shí)時(shí)系統(tǒng)圖14非實(shí)時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)的高速通信機(jī)制了滿足5G高速率場(chǎng)景性能和功耗等方面的要求。IPA設(shè)計(jì)使得大部分的數(shù)據(jù)處5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)方陣研究報(bào)告2022-01-C-010Eth_M等的IO密集型負(fù)載消耗的時(shí)間。本方案使用kernelbypass(內(nèi)核旁路)技術(shù)來2022-01-C-010軟件實(shí)現(xiàn)直接訪問和控制設(shè)備內(nèi)存的技術(shù)，避免數(shù)據(jù)從設(shè)備拷貝到內(nèi)核，再從內(nèi)核拷貝到用戶空間，減少數(shù)據(jù)搬運(yùn)時(shí)間，提高實(shí)時(shí)性能。對(duì)于高帶寬和低延時(shí)的網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸應(yīng)用而言，Linux內(nèi)核中的中斷系統(tǒng)，用戶空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)拷貝、上下文切換，以及小頁內(nèi)存管理和多核調(diào)度等極大的影響了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男阅?。因此可以把業(yè)務(wù)分為控制面和數(shù)據(jù)面，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理、內(nèi)存管理、處理器調(diào)度等任務(wù)轉(zhuǎn)移到用戶空間去完成，而內(nèi)核僅僅負(fù)責(zé)部分控制指令的處理。這WorkerWorkerWorker控制面和數(shù)據(jù)面通過本地socket實(shí)現(xiàn)通信，方案實(shí)現(xiàn)內(nèi)核協(xié)議棧與用戶協(xié)議棧并為了保證通用性的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，同時(shí)運(yùn)行工業(yè)控制任務(wù)等時(shí)間敏感業(yè)務(wù)，例如中大型機(jī)械手臂抓取、控制汽車行業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程，本方案在原來通用Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上添加實(shí)時(shí)搶占補(bǔ)丁RT-preempt。該補(bǔ)丁采用中斷線程化、臨界區(qū)可搶占、高精度時(shí)鐘、優(yōu)先級(jí)繼承等方法提高Linux內(nèi)核實(shí)時(shí)性，但并不能提高吞吐量和整體性能，相反它是降低整體性能。同時(shí)該補(bǔ)丁也并不是減少了延時(shí)，而增強(qiáng)。其技術(shù)原理是用可搶占的構(gòu)造取代不可搶占的構(gòu)造，使操作系統(tǒng)盡可能地對(duì)于多任務(wù)兼容，本方案通過docker容器化的方式部署不同版本AI運(yùn)行時(shí)庫或PLC任務(wù)，不同容器獨(dú)立綁定CPU核心，提高實(shí)時(shí)性和降低部署依賴。(1)調(diào)度優(yōu)化：linux系統(tǒng)目前默認(rèn)采用的是完全公平調(diào)度算法(CFS),是給有實(shí)時(shí)性需求的進(jìn)程分配更高的優(yōu)先級(jí)和優(yōu)先級(jí)來獲得更好的實(shí)時(shí)性。例如一些PLC的控制應(yīng)用，在應(yīng)用層程序中使用Linux實(shí)時(shí)調(diào)度策略SCHED_RR,提供高優(yōu)先級(jí)的工業(yè)控制程序。但這種方案無(2)多核綁定：linux多核情況下，使用多核技術(shù)代替多線程技CPU的親和性，將線程和CPU核進(jìn)行一比一綁定，減少彼此之間調(diào)度切換，提