openEuler Embedded 系统 实时性

openEuler Embedded 系统 & 实时性

  • 1 介绍
    • 1.1 概述
    • 1.2 openEuler 23.09 Embedded
    • 1.3 openEuler 重要节点
    • 1.4 系统构建工具
    • 1.5 openEuler Embedded 诞生的需求背景
      • 运动控制系统实时性需求高
      • 嵌入式OS主要供应商来自老美，市场碎片化严重
    • 1.6 总体架构
    • 1.7 openEuler Embedded 运行模式
    • 1.8 openEuler Embedded 混合关键性系统技术架构
    • 1.9 实时性：UniProton 整体架构和能力
    • 1.10 openEuler 对 Linux Kernel 的持续贡献
    • 1.11 系统整体功能描述
  • 2 系统剪裁工具【Yocto】
  • 3 实时性
    • 实时内核UniProton及其混合关键性部署的实践（演讲稿）
  • 参考

1 介绍

1.1 概述

openEuler 诞生于华为，华为捐赠给了开放原子开源基金会。
openEuler 是由开放原子开源基金会（OpenAtom Foundation）孵化及运营的开源项目，是面向数字基础设施的开源操作系统。

2019年12月，华为作为创始企业发起了openEuler开源社区，并将EulerOS相关的能力贡献到openEuler社区。

2022年03月，首个社区共建的全场景【含Embedded】版本 openEuler22.03 LTS 正式发布。

到23年年底支持指令集和芯片如下：

  • 指令集：已支持 X86、ARM、SW64、RISC-V、LoongArch 多处理器架构，逐步扩展 PowerPC 等更多芯片架构支持，持续完善多样性算力生态体验。

  • 已支持芯片：海思工业芯片Hi3093 、瑞芯微RK3568、芯驰D9系列、树莓派、x86、 STM32F407ZGT6

  • 支持中：地平线、中科院RISC-V、瑞芯微RK3588、飞腾E2000

在这里插入图片描述

1.2 openEuler 23.09 Embedded

openEuler 23.09 Embedded 支持嵌入式虚拟化弹性底座，提供 Jailhouse 虚拟化方案、openAMP 轻量化混合部署方案，用户可以根据自己的使用场景选择最优的部署方案。同时支持 ROS humble 版本，集成 ros-core、rosbase、SLAM 等核心软件包，满足 ROS2 运行时要求。

  • 南向生态：openEuler Embedded Linux 当前主要支持 ARM64、x86-64 两种芯片架构，支持 RK3568、Hi3093、树莓派 4B、x86-64 工控机等具体硬件，23.09 版本新增支持 RK3399、RK3588 芯片。初步支持 ARM32、RISC-V 两种架构具体通过 QEMU 仿真来体现。

  • 嵌入式弹性虚拟化底座：openEuler Embedded 的融合弹性底座是为了在多核片上系统（SoC,System On Chip）上实现多个操作系统/运行时共同运行的一系列技术的集合，包含了裸金属、嵌入式虚拟化、轻量级容器、LibOS、可信执行环境（TEE）、异构等多种实现形态。

  • 混合关键性部署框架：构建在融合弹性底座之上，通过一套统一的框架屏蔽下层融合弹性底座形态的不同，从而实现 Linux 和其他 OS 运行时便捷地混合部署。

  • 北向生态：350+ 嵌入式领域常用软件包的构建；支持 ROS2 humble 版本，集成 ros-core、ros-base、SLAM 等核心包，并提供 ROS SDK，简化嵌入式 ROS 开发；基于 Linux 5.10 内核提供软实时能力，软实时中断响应时延微秒级；集成 OpenHarmony 的分布式软总线和 hichain 点对点认证模块，实现欧拉嵌入式设备之间互联互通、欧拉嵌入式设备和 OpenHarmony 设备之间互联互通。

  • 硬实时系统（UniProton）：是一款实时操作系统，具备极致的低时延和灵活的混合关键性部署特性，可以适用于工业控制场景，既支持微控制器 MCU，也支持算力强的多核 CPU。

1.3 openEuler 重要节点

  • 2019年12月31日，华为作为创始企业发起了openEuler开源社区，并将EulerOS相关的能力贡献到openEuler社区，后续EulerOS将基于openEuler进行演进。

  • 2020年03月，openEuler 20.03 LTS 发布，作为首个LTS（长期支持）版本，它基于Linux Kernel 5.10，提供了长达4年的社区支持。

  • 2020年09月，2020.09创新版本；

  • 2021年03月，2021.03创新版本；

  • 2021年09月，2021.09创新版本；

  • 2022年03月，2022.03全场景LTS版本；

  • 2022年09月，2022.09创新版本；

1.4 系统构建工具

  • OBS：服务器 OS

  • Yocto：嵌入式 OS

  • EulerMaker：Euler 全场景 OS，替代 OBS 和 Yocto，目前已经替代 OBS，还没有替代 Yocto。

1.5 openEuler Embedded 诞生的需求背景

运动控制系统实时性需求高

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嵌入式OS主要供应商来自老美，市场碎片化严重

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1.6 总体架构

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1.7 openEuler Embedded 运行模式

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1.8 openEuler Embedded 混合关键性系统技术架构

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1.9 实时性：UniProton 整体架构和能力

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1.10 openEuler 对 Linux Kernel 的持续贡献

  • openEuler 内核研发团队持续贡献 Linux Kernel 上游社区，回馈主要集中在：芯片架构、ACPI、内存管理、文件系统、Media、内核文档、针对整个内核质量加固的 bug fix 及代码重构等内容。十余年来总计向社区贡献 17,000+ 补丁。
  • 在 Linux Kernel 5.10 和 5.14 版本中，openEuler 内核研发团队代码贡献量排名全球第一。坚持内核创新，持续贡献上游社区。

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1.11 系统整体功能描述

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  1. 轻量化能力：开放 yocto 小型化构建裁剪框架，支撑 OS 镜像轻量化定制，提供 OS 镜像 < 5M，以及 < 5S 快速启动等能力。
  2. 多硬件支持：新增支持树莓派作为嵌入式场景通用硬件。
  3. 软实时内核：基于 Linux 5.10 内核提供软实时能力，软实时中断响应时延微秒级。
  4. 混合关键性部署：实现 SOC 内实时和非实时多平面混合部署，并支持 Zephyr 实时内核。
  5. 分布式软总线基础能力：集成鸿蒙的分布式软总线，实现欧拉嵌入式设备之间互联互通。
  6. 嵌入式软件包支持：新增 80+ 嵌入式领域常用软件包的构建。

2 系统剪裁工具【Yocto】

yocto-meta-openeuler是用于构建openEuler Embedded所需要的一系列工具、构建配方的集合。

跑 embedded 版本，普遍使用Yocto做定制修改，可以理解成 oebuild.
如果他们雪球计划（做南向兼容的小组）在openEuler-meta-yocto中还没人做，就要用Yocto工具手动编译 openEuler_embedded 内核，然后一步步驱动移植，最终生成一个完整的.wic或者.sdcard镜像。
openEuler Embedded使用与开发手册¶

3 实时性

当前国内主流方案为基于 Preempt-RT 补丁的 linux 系统，其最大中断延迟约60us（Intel I5 4核），可支撑1ms的EtherCAT通信周期

openEuler Embedded 操作系统内核实时性优化，中断延迟测试（中断平均延迟小
于1 μs ，最大中断时延10 μs ），可支撑250 μs的EtherCAT通信周期。

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  • 智能工业机器人操作系统及应用探索

实时内核UniProton及其混合关键性部署的实践（演讲稿）

openEuler–实时内核UniProton及其混合关键性部署的实践

华为嵌入式实时操作系统领域专家 余德钊

余德钊从运动控制系统和全球嵌入式OS实际情况出发，介绍了华为开发openEuler Embedded的背景：2019年发布第一个版本，经过几年发展，目前已经成为一个面向全场景的开源社区，在云计算、服务器和嵌入式领域都有应用。openEuler Embedded是将openEuler与嵌入式应用场景融合的一个以Linux为中心的综合嵌入式系统软件平台，其适用于任何需要Linux的嵌入式系统。余德钊介绍的UniProton是一款硬实时操作系统，具备极致的us级低时延和灵活的混合关键性部署特性，可以高效地与以openEuler Embedded为代表的通用OS混合部署，适用于工业控制场景，既能支持微控制器MCU，也支持算力强的多核CPU。

余德钊表示，多OS混合部署要解决如下几个问题：多OS统一构建、高效的基础通信机制、提供服务化部署。华为针对这些问题也做了很多工作，现在openEuler Embedded 能够接纳不同的RTOS，更好地帮助基础设施进行改造。

参考

1、华为–EulerOS
2、官网–openEuler
3、Euler 欧拉系统介绍
4、openEuler–实时内核UniProton及其混合关键性部署的实践
5、DP读书：开源软件的影响力（小白向）解读Embedded_SIG介绍以及代码架构解析
6、openEuler–构建系统
7、智能工业机器人操作系统及应用探索
8、1智能机器人操作系统及机器人视觉
9、2智能机器人二次开发接口
10、使用OpenEuler官方光盘映像中分离出的rootfs，在rk3588开发板上启动，最终卡在[FAILED] Failed to start System Logging Service无法进入文件系统，求教一下是什么原因？
11、openEuler Embedded使用与开发手册¶
12、openEuler镜像的构建
13、openEuler 22.03 LTS SP3 技术白皮书
14、openEuler 24.03 LTS 特性
15、openEuler 22.03-LTS 技术白皮书
16、22.03_LTS_SP2 EulerMaker用户指南
17、EulerMaker：构建 openEuler 全场景生态
18、树莓派第一次开机

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