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面向UniCore32平台的linux操作系统的软实时性能的设计与实现

面向UniCore32平台的Linux操作系统的软实时性能的设计与实现

引用

作者：储小伟北京大学

学位级别：硕士

实时系统是一类具有时间限制的系统,系统的正确性不仅仅取决于计算结果的正确性,也取决于得出结果的时间。传统的实时系统大多属于硬实时系统,这种系统一般运行环境明确、任务结构单一。随着计算机技术的迅猛发展,越来越多的实时应用开... 详细信息

实时系统是一类具有时间限制的系统,系统的正确性不仅仅取决于计算结果的正确性,也取决于得出结果的时间。传统的实时系统大多属于硬实时系统,这种系统一般运行环境明确、任务结构单一。随着计算机技术的迅猛发展,越来越多的实时应用开始进入个人桌面系统,在这种实时任务和非实时任务共同存在的情形下,传统的实时系统已经无法满足应用需要,由此出现了新的实时系统——软实时系统。　　随着linux操作系统的发展,其被应用于越来越多的领域,相当多的应用对linux操作系统的实时性提出了一定的要求,而linux操作系统在软实时性方面支持仍然有所欠缺,各种基于linux的软实时实现方案相继出现。　　本文的主要工作是设计并实现面向具有自主知识产权的北大众志Pkunity系统芯片平台的linux内核的软实时性功能。从降低调度器的调度延迟方面分析当前系统软实时性不足的重要原因,针对相应模块提出设计方法。本文主要从内核抢占、中断线程化以及自旋锁转化等三个方面实现系统软实时性功能的设计。其中,内核抢占在中断返回时进行抢占式调度,以此降低因中断处理不支持抢占而造成的调度延迟;中断线程化为中断上半部创建内核线程,系统可以对中断线程进行调度,减少中断处理不可抢占区域的执行时间;将自旋锁转化成可抢占的锁,使得内核可以抢占持有时间较长的、由自旋锁保护的临界区,从而提升调度器的响应速度。这三个方面都改善了调度器的调度延迟,从而为系统提供软实时性的支持。　　本文根据提出的面向UniCore32平台的linux操作系统的软实时性设计方案,实现了面向UniCore32平台的linux操作系统的软实时性功能。通过实验评测了当前的设计与实现对系统软实时性的影响,说明当前工作提升了系统软实时性,具备了软实时的能力。

关键词： linux操作系统软实时性能内核抢占中断线程化自旋锁转化

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面向SPARC多核linux操作系统的实时性研究

面向SPARC多核Linux操作系统的实时性研究

引用

作者：姜伯然哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

linux操作系统具有多种优势,包括稳定性、可定制性、成本效益和社区支持等,因此,linux操作系统在航空航天领域中得到了广泛应用,成为了一种备受推崇的操作系统。但航空航天领域对于操作系统实时性的要求非常高,而linux操作系统最初并不... 详细信息

linux操作系统具有多种优势,包括稳定性、可定制性、成本效益和社区支持等,因此,linux操作系统在航空航天领域中得到了广泛应用,成为了一种备受推崇的操作系统。但航空航天领域对于操作系统实时性的要求非常高,而linux操作系统最初并不是为实时系统设计的,对linux操作系统的实时性研究能够为航空航天领域提供更加可靠的系统支持。同时,航空航天领域中SPARC架构有着极为广泛的应用,因此对SPARC架构的linux操作系统的实时性研究具有重要的意义。本文首先针对linux多核操作系统调度算法进行深入的研究,采用添加RM调度算法的方法。将RM调度算法与linux操作系统中现有实时调度算法进行比较,论证得到RM调度算法的优势,并在linux操作系统中实现了对RM调度算法的支持。接着对linux多核操作系统调度过程进行分析,从时钟、中断、可抢占点等方面分析制约因素,并依此设计了两点优化措施。一是优化现有的时钟系统,将SPARC中原有的低精度时钟系统改为linux提供的高精度时钟系统;二是新增Preempt-RT补丁,从而获得更好的实时性。此外,为了实现量化研究内核的实时性能,还进行了Ftrace工具的移植,使开发者能够分析内核函数执行顺序及时间,方便进一步分析操作系统当前实时性。最后在基于SPARC架构的BM3883多核芯片上对改进后的linux操作系统进行功能和性能上的测试。完成了对RM调度算法的功能测试,并与原有调度算法进行任务调度对比测试,说明了改进后linux操作系统对任务调度更加灵活;同时对改进前后的linux操作系统进行了进程调度延时对比测试,并进一步使用Ftrace工具对调度延时构成进行分析,结果表明改进后的linux操作系统的进程调度延时由14151μs减小到540μs,实时性得到大幅提升。

关键词：多核SPARC架构 linux操作系统实时性 RM调度算法 Preempt-RT

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基于linux操作系统的嵌入式设备驱动程序设计

基于Linux操作系统的嵌入式设备驱动程序设计

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作者：王晖南京大学

学位级别：硕士

从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。做为专门应用于嵌入式系统的嵌入式操作系统往往采用微内核结构，具有实时性、可靠性和可裁减性的特点，非常适合于嵌入式系统和要... 详细信息

从20世纪七十年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器，嵌入式系统已经有了近30年的发展历史。做为专门应用于嵌入式系统的嵌入式操作系统往往采用微内核结构，具有实时性、可靠性和可裁减性的特点，非常适合于嵌入式系统和要求实时处理的应用场合。\n linux是嵌入式操作系统市场上的一个重要产品，它在PDA市场、工业控制和医疗领域等都有着广泛的应用和市场前景。linux的驱动分字符设备驱动、网络驱动、块设备驱动三种，其中最常见的开发工作在字符驱动部分。在linux环境下设计驱动程序，思想简洁，操作方便，功能也很强大。\n 本文首先介绍了嵌入式系统的硬件和软件知识；接着详细介绍了ARM平台和如何在linux下编写设备驱动；最后编写了一个具体的字符驱动实例。本文详细说明了linux驱动程序的编写方法，为相关人员今后的研究提供了重要参考。

关键词： linux操作系统嵌入式设备驱动程序设计

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基于linux操作系统的嵌入式视频监控系统的研究与开发

基于Linux操作系统的嵌入式视频监控系统的研究与开发

引用

作者：张倩天津工业大学

学位级别：硕士

视频监控一直是人们关注的应用技术热点之一，它因直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用。目前监控系统主要分为本地模拟信号监控系统和基于PC插卡的数字监控系统，在实际应用中这两种系统暴露出需要重复布线，传输距离短，功耗高，需... 详细信息

视频监控一直是人们关注的应用技术热点之一，它因直观、方便、信息内容丰富而被广泛应用。目前监控系统主要分为本地模拟信号监控系统和基于PC插卡的数字监控系统，在实际应用中这两种系统暴露出需要重复布线，传输距离短，功耗高，需要有人值守，软件开放性较差等缺点。随着信息技术的迅速发展，计算机产业的发展已经到了所谓的后PC时代。嵌入式系统在各行业的应用，特别是工业现场、信息家电、机顶盒等方面的广泛使用，使嵌入式系统的研究开发成为计算机领域的一个热点。嵌入式系统是相对桌面系统来讲的，嵌入式linux操作系统是从linux衍生出来的一种操作系统，它支持众多嵌入式处理器并具有Unix的很多优点，而成为当前主流的嵌入式操作系统。本文研制了一种具有图像采集、传输和处理等功能的嵌入式视频监控设备。把图像采集，图像处理和网络处理集成到了一个体积很小的设备内。它的优点在于可以在Internet上传输图像数据，基本上不受距离限制，无须重新布线；另外不像插卡系统那样易受通用计算机系统中其它软硬件影响，因此性能更稳定，且便于安装，维护。该设备把从摄像头采集到的图像数据压缩后，通过网络协议栈打包发送到网络上。用户通过因特网在任何地点都可以从客户端观看到该设备采集的图像。通过选择龙珠(Dragon Ball)为处理器，它是Motorola公司推出的具有ARM920T核的多媒体嵌入式处理器，以嵌入式linux为操作系统，研究在嵌入式系统上实现远程视频监控的一个应用。对嵌入式系统的概念、特点及软件、硬件进行了较详细分析讨论。重点介绍了ARM单片机子系统、图像采集模块、图像存储控制模块等硬件部分的设计原理与实现。介绍了在linux下驱动程序、图像采集、网络通讯程序的实现原理与过程。测试结果表明该监控设备达到了设计要求。本文的特点是将图像采集和嵌入式系统两方面的新技术有机的接合起来，研究结果具有较大的工程实际意义，对于基于IP技术的各种视频通信应用具有一定的参考价值。

关键词：视频监控嵌入式操作系统 linux操作系统 TCP/IP协议 ARM处理器图象传感器

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基于ARM的嵌入式linux操作系统的移植研究

基于ARM的嵌入式Linux操作系统的移植研究

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作者：金镭哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来，随着计算机技术、通信技术的飞速发展，特别是互联网的迅速普及和3C（计算机、通信、消费电子）技术的合一，微型化和专业化成为计算机领域发展的新趋势，嵌入式产品己经成为了信息产业的主流。以ARM处理器为核心，linux为操作... 详细信息

近年来，随着计算机技术、通信技术的飞速发展，特别是互联网的迅速普及和3C（计算机、通信、消费电子）技术的合一，微型化和专业化成为计算机领域发展的新趋势，嵌入式产品己经成为了信息产业的主流。以ARM处理器为核心，linux为操作系统的嵌入式产品正是嵌入式行业中的热门。\n 嵌入式操作系统是嵌入式系统的核心，驱动程序及图形界面和网络协议等上层软件的开发工作都需要在操作系统的基础上进行。所以说嵌入式linux系统移植是嵌入式产品开发的一个基本环节，也是至关重要的环节。\n 嵌入式linux操作系统要正常运行，需要有三个基本的部分：系统引导程序、linux内核以及文件系统。系统引导程序负责系统上电时加载内核；内核负责各种硬件的初始化并进行文件系统的挂载；文件系统实现整个嵌入式系统的操作界面，提供可操作平台。这三个部分的实现都必须与开发板的硬件相匹配，所以linux系统的移植工作就是在特定的硬件系统上正确地实现这三个部分的功能。\n 本论文对基于ARM的嵌入式linux系统的移植做了详细介绍，主要包括四个部分：交叉开发环境的搭建，系统引导程序的移植实现，linux内核的移植实现，文件系统的移植实现。其中交叉开发环境的搭建是嵌入式linux系统移植的基础；系统引导程序、linux内核及文件系统的移植是移植工作的重点。本文中详细介绍了这三个部分的功用、执行流程以及具体的移植步骤，并在ARM开发板上完成了整个系统的移植工作，搭建了完整的嵌入式linux系统。

关键词： ARM技术 linux操作系统嵌入式平台移植工作引导程序内核结构

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基于linux操作系统的特定移动目标识别视频监控系统设计与实现

基于LINUX操作系统的特定移动目标识别视频监控系统设计与实现

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作者：彭毓峰中国地质大学(武汉)

学位级别：硕士

视频监控技术是现代IT技术中的一类重要应用领域。视频监控技术不仅仅在社会日常生活和工作中有着非常广泛的应用前景,在能源,国防,交通等领域也正在发挥着日益重要的作用。随着数字视频技术和网络技术的飞速发展,视频监控技术正向着数... 详细信息

视频监控技术是现代IT技术中的一类重要应用领域。视频监控技术不仅仅在社会日常生活和工作中有着非常广泛的应用前景,在能源,国防,交通等领域也正在发挥着日益重要的作用。随着数字视频技术和网络技术的飞速发展,视频监控技术正向着数字化、智能化、网络化的方向前进。第三代以网络为基础视频监控系统,以其智能实用的图像处理和分析为特色,引发了视频监控的技术革命,受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。本文在实验室有限条件下,针对视频监控系统的各项关键技术进行了研究,包括嵌入式linux技术、视频采集、视频图像网络化传输和运动目标检测等都进行了深入研究。此外,视频监控技术中的核心技术运动目标的检测、提取和识别,也是目前正在热门研究的视频压缩和传输中的关键技术之一。\n 本文研究的内容是基于linux操作系统的特定移动目标识别视频监控系统设计与研究,即采用源代码开放的嵌入式linux操作系统,在移动目标识别的算法支持下,使用S3C2440为核心硬件平台开发了基于嵌入式的视频监控系统。在研究linux内核体系结构和驱动程序结构的基础上,修改和优化了USB摄像头驱动程序源代码,解决了摄像头传感器不能被识别的问题;在分析各种网际协议适用场合的基础上,采用TCP/IP协议实现了服务器和客户端,解决了视频图像数据网络传输的问题。针对视频监控系统的对网络访问能力及可操作性的要求,系统设计实现了嵌入式Web服务器。\n 论文在分析了当代视频监控以及其图像检测技术的发展现状及发展趋势之后,提出了研究课题的目的及内容,综述了本视频监控系统的设计方案,其中包括整体设计,细分为硬件设计及软件设计。硬件方面,监控前端由以S3C2440为核心的控制板及视频采集组成。控制板通过USB接口控制摄像头并且获取视频采集数据；通过网络接口和上位机监控中心进行数据交换；软件方面,在控制板上移植了linux2.6.30,简化了驱动程序和系统应用程序的实现,在现有的驱动的基础上修改优化了摄像头驱动。然后构建了嵌入式linux平台,搭建过程包括了引导程序bootloader的移植及实现,linux内核的移植裁剪,以及所选择的文件系统的实现。采用QT开发了GUI用户界面,并实现了系统配置功能。后面则继续实现了监控系统的基本功能,完成的内容包括视频的采集模块,USB摄像头驱动模块,网络传输模块即视频服务器端和客户端程序的实现,及嵌入式web服务器的移植实现。\n 最后本文在研究视频监控技术的课题背景下,研究了移动目标识别技术。放眼当今的智能监控的发展趋势,伴随着需求的日益增长,视频监控系统的运动目标的检测与识别技术逐渐成为各种监控服务及应用进一步发展的关键。移动目标检测以及目标的识别提取是近代视频监控领域里的非常关键的技术,也是视频图像进行我们后续相关处理的重要基础。本文的算法设计,是基于传统的背景差分法和帧差法的存在各自优缺点而提出来的。首先介绍了算法的整体设计,然后对背景差分法和五帧梯度图像差分法两种需要结合的算法分别进行了算法介绍,并分别进行了算法仿真。针对各自方法的优点,对两种算法进行了融合设计,最后在结合算法的基础上实现背景更新迭代,达到了算法的优化设计,对结合后的算法进行了仿真,分析了仿真结果。实验证明,本设计方法在有重合运动物体的检测图像中,有明显的优势,本算法中的改良的Surendra算法能够更好的的对背景进行实时的更新替换,方法中Otsu动态的选择阈值方法能够比较准确稳定准确的检测出我们的移动目标,而选择的梯度图像的五帧差分法则能够避免光照强度对背景差分所带来的影响,同时可以消除帧差法的空洞和双影等图像的现象,其抗干扰力也非常强,所以这种方法可以适用于复杂的环境背景。\n 本方法能够达到处理视频图像序列实时的、准确的检测出移动目标的要求,因此可以应用于比较广泛的背景模式,其实用价值是非常明显的。

关键词：视频监控系统图像采集 linux操作系统移动目标目标识别

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基于Cortex-A8架构和linux操作系统的多功能智能控制终端系统的设计与实现

基于Cortex-A8架构和linux操作系统的多功能智能控制终端系统的设...

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作者：宋立涛山东大学

学位级别：硕士

伴随着当今世界的发展步伐的加快,人们对于生活质量有着更高的要求,尤其在对快捷、同步、安全等方面体现的更加强烈。由此,多功能智能控制终端系统应运而生,它具有便捷、高效、可远程操控特点,能够很好的解决人们的生活问题,使人们的生... 详细信息

伴随着当今世界的发展步伐的加快,人们对于生活质量有着更高的要求,尤其在对快捷、同步、安全等方面体现的更加强烈。由此,多功能智能控制终端系统应运而生,它具有便捷、高效、可远程操控特点,能够很好的解决人们的生活问题,使人们的生活更加丰富多彩!本文对国内外智能控制终端的研究现状进行分析,提出了一个基于Cortex-A8架构和linux操作系统的多功能智能控制终端系统的设计方案,人们可以通过它以多种方式方便地监控到远程端的多种信息,如通过PC机Qt服务器端、PC机web端或者手机web端预览,因此,系统操作方便、应用范围广,可有效应用到多个领域。系统是基于Cortex-A8架构和linux操作系统,通过驱动编程实现对各种传感器等器件的操作、控制,从而能够实现对环境中温度、烟雾浓度、人员入侵等信息的进行实施监测,并可获取当前环境的视频信息,用户可通过客户端对视频信息进行实施观察,主要包括pc端和智能手机端两种方式的监测,当环境中烟雾浓度过高、温度过高或者人员入侵时,系统便会触发开发板蜂鸣器进行报警,用户可以及时通过视频查看当前危险状态。本文实现了对多功能智能控制终端系统的硬件、软件的选择和设计,对各器件工作原理和电路图做了简要介绍,环境搭建方面完成了安装GNU ARM工具集、构建tftp服务器和nfs服务器、安装mjpg-streamer视频服务器、烧写u-boot、移植linux内核和制作根文件系统。本文讨论了驱动及其编程方法,并运用C语言编程采用字符设备中的混杂设备编程方法实现了各器件的驱动程序。系统运用Qt编程实现了界面设计以及Qt服务器端和Qt客户端的设计,并对开发板、路由器、客户端等的IP进行了配置,使其能够顺利实现远程通信的功能,并在最后对各个模块功能、服务器端、客户端进行了测试,得到良好效果,基本实现预期系统功能。多功能智能控制终端系统可被应用推广到多个方面,比如粮食、药品的储藏控制、室内环境的监控等,因此,具有良好的应用推广前景。

关键词：智能控制 linux操作系统远程视频监控 Qt编程

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SATA及ADMA控制器linux操作系统驱动的设计与实现

SATA及ADMA控制器Linux操作系统驱动的设计与实现

引用

作者：孙文波上海交通大学

学位级别：硕士

本文设计和实现了一种新型存储外设的操作系统驱动。该存储系统硬件上采用SATA 磁盘及SATA 控制器，软件上采用linux操作系统驱动来实现，涉及IDE/ATA和SCSI总线技术及协议，若需要网络存储，则还要在驱动的上层实现iSCSI技术、根据需... 详细信息

本文设计和实现了一种新型存储外设的操作系统驱动。该存储系统硬件上采用SATA 磁盘及SATA 控制器，软件上采用linux操作系统驱动来实现，涉及IDE/ATA和SCSI总线技术及协议，若需要网络存储，则还要在驱动的上层实现iSCSI技术、根据需要还可以包含RAID技术。本文的重心在于如何驱动SATA磁盘及ADMA控制器并实现一些关键功能，以实现数据存储性能的大幅提升。\n实验结果表明，系统运行性能达到了预定要求，对于大批量数据存取，性能已远远超过采用IDE磁盘的存储系统，并且也不逊色于采用SCSI磁盘的高端存储系统。随着SATA1.0标准向SATA2.0及SATA3.0标准的过度，在数据存取速度上赶超SCSI也不是没有可能，未来SATA及相关技术将大有可为，同时基于SATA的存储系统也将会向用户提供更好的性价比。\n最后，本文探讨了基于本系统（即SATA磁盘、ADMA控制器以及驱动软件）的RAID磁盘阵列、iSCSI网络存储及TOE（即TCP/IP Offload Engine）技术的存储系统产品开发，提出了进一步工作的方向。

关键词：数据存储操作系统驱动 linux操作系统 ADMA控制器驱动软件 SATA磁盘

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基于PBL的拼图式教学法在中职《linux操作系统》课程中的应用研究

基于PBL的拼图式教学法在中职《Linux操作系统》课程中的应用研究

引用

作者：刘姗姗长春师范大学

学位级别：硕士

基于PBL的拼图式教学法,是一种结合了问题式学习教学法与拼图式教学法的全新教学方法。此教学方法集合了多种教学方案的优势,将问题引导的学习模式及学生为主体的合作学习模式相结合,有效解决课堂效率低、学习热情不足等课堂问题,高度... 详细信息

基于PBL的拼图式教学法,是一种结合了问题式学习教学法与拼图式教学法的全新教学方法。此教学方法集合了多种教学方案的优势,将问题引导的学习模式及学生为主体的合作学习模式相结合,有效解决课堂效率低、学习热情不足等课堂问题,高度适配于中等职业学校的教学体系。本次研究通过文献研究法,梳理PBL及拼图式两种教学方法的基本概念,研究现状及相关理论知识,为后续两种教学方法的结合研究做了充分的理论基础。本研究对象选取中职学校计算机专业学生,采用问卷调查法对现阶段课程学习状况进行调研。通过问卷结果分析现阶段教学存在的问题,再结合中职学校计算机专业课程教学特点制定解决方案,设计使用基于PBL的拼图式教学法的教学方案。选取《linux操作系统》课程为案例,采用实验研究法展开实验研究。实验对象选取某中职学校计算机网络专业的学生。选取两个班级做实验结果对照,最后通过教学成绩等结果对比来证明采用基于PBL的拼图式教学法能有效提高中职学校计算机专业学生成绩。本次研究主要得出以下结论:第一,基于PBL的拼图式教学法从教学流程的设计以及教学方案的实施上契合职业教育教学特色。第二,基于PBL的拼图式教学法能在职业教育中实施并取得较好效果得益于职业教育的灵活性和包容性。第三,基于PBL的拼图式教学法对中职课程教学效果提升有所帮助。让学生明确学习的目标,并通过合作学习、良性竞争等方式互教互学共同进步,营造良好的学习氛围,提高课堂学习效果。

关键词： PBL 拼图式中职学校 linux操作系统

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基于linux操作系统的数控系统的升级与实时性能的研究

基于Linux操作系统的数控系统的升级与实时性能的研究

引用

作者：高海彬华南理工大学

学位级别：硕士

数控（Numerical Control）技术是制造业实现现代化的战略性基础技术，同时也是提高国家综合国力和国防现代化的重要战略性基础技术。随着计算机、微电子技术的飞速发展，工件加工的要求越来越高，这使得数控机床在软件与硬件方面的更... 详细信息

数控（Numerical Control）技术是制造业实现现代化的战略性基础技术，同时也是提高国家综合国力和国防现代化的重要战略性基础技术。随着计算机、微电子技术的飞速发展，工件加工的要求越来越高，这使得数控机床在软件与硬件方面的更新迫在眉睫。另外伴随着PC技术的飞速发展，软件与硬件的更新不断加快，为了使用性能更加优越的硬件，数控系统的操作系统的升级就变得势在必行。\n 本文利用3章的篇幅从操作系统、嵌入式系统和数控系统3个方面叙述了与项目相关的理论知识，并结合本论文所涉及到的工作对每一部分的内容做了专门的讲解，作为后续工作的理论基础。作为本文的重点，接下来用一章的篇幅着重叙述了基于linux-2．4的内核与RTlinux所组成的双内核操作系统的升级过程及需要注意的细节。之后用一章的篇幅对实验数据进行处理。文中针对以往用于测试华南数控系统实时性的方法的不足，提出了新的测试方法。并用这种方法取得数据后，利用数学方法进行数据处理。最终的数据显示，升级后的系统保持了原有系统的稳定性，并且在实时性方面取得了较大的提高。由此可见，以上工作是有意义的。

关键词：数控系统 linux操作系统嵌入式系统实时性能

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