Real-Time Linux 簡介 實時操作系統 (Real-time OS) 是相對于分時操作系統 (Time-Sharing OS) 的一個 概念。在一個分時操作系統中，計算机系統的資料會被平均的分配給系統內所有的工作。對于這些工作而言，它們似乎是在一個速度較慢、資源較少的虛擬系統上工作。 而這個虛擬系統所擁有的資源會和真實系統內等待執行的工作數有關。簡單的說，如 果有 n 個工作要做，每一個工作就會分到 n 分之一的資源。 然而在一個實時操作系統之中，系統內有多少工作并不是那么重要。我們關心的 事一個工作在多少的時間內可以被完成。和分時操作系統最大的不同之處在于 "時限(deadline)"這個概念，實時操作系統通常會要求每一個工作在交付給系 統的時候同時也給定一個時限。實時操作系統的任務不只是要求完成每一個工作， 并且要按時給定的時限完成每一個工作。 所以我們可以看出這二個概念的不同之處，分時操作系統的重點在于"公平"， 而實時操作系統的重點在于"時限(timing constraint)""。 任何時候。我不是開玩笑，當一個實時操作系統中的每一個工作都有相同的時限時， 它應該和分時操作系統用相同的方式工作。分時操作系統和實時操作系統的分野在于工作的特性而非操作系統工作的模式。 在很多的書及文獻上我們可能會看到"硬實時(hard real-time)"和"軟實時 ( soft real-time)"這二個名詞。不同的人會給它們不同的意義，但大致來說它們是一組相對的概念。硬實時對滿足時限的要求會比軟實時來的嚴格。有些人會從 工作的特性上來分，硬實時工作 (hard real-time task) 通常指不能有任何差 錯的工作而軟實時則是指比較容許差錯的工作。例如我們常會用核能電厂和看 VCD 為例，用在核能電厂的實時操作系統如果出了差錯可能會導致嚴重的損害，然而 VCD Player 出了些差錯不過是讓使用者認清他所用的程序不夠好而已。所以前者 是硬實時，后者是軟實時。 但在大多數的狀況下，分野并不是如此的清楚。做 VCD Player 的厂商當然不 希望它的 Player 老是出錯，它也會希望 Player 用一個硬實時操作系統來驅動。 所以硬實時和軟實時的差別可能只是分類學上的問題而已。 然而對于一般的應用而言，實時操作系統的意義在那里呢? 我們使用流覽器看一 個网站時，如果結果在 0.5 秒內出現，我們可能會覺得非常舒服。如果結果在 2 秒才出現，可能會覺得有些延遲。但如果花上 30 秒才出現，那可能就沒有人會等 到結果出現了。 對于我們而言，等個 3,5 秒可能覺得沒什么。但也許 Bill Gates 不這么想， 他會算給你听他的一秒值多少錢! 所以不同的人可能會對延遲有不同的看法。即 時操作系統最大的优勢就在于他可以為不同的工作提供"不同等級的服務( differentiated service)"。 一個對實時系統常有的誤解是實時系統是一個高效率 (high performance) 的 系統，它會跑得比一般操作系統來的快，overhead 來得小。這其實是市場策略宣 傳造成的影響。一大堆非常小的操作系統宣稱它們是嵌入式實時操作系統 (embedded real-time OS)，這么一來"嵌入"、"實時"和"小"就被莫名其 妙的連起來了。實事上這三個是完全不相干的概念。"嵌入"指的是操作系統可 以在一些資源受限的環境，例如沒有 disk，的情況下工作。"小"是指因為功能 簡單，要求不多，所以操作系統可以寫的很小，減少不必要的額外負擔。這些都 和"實時"的概念完全沒有關系。不幸的是，即使是學有專精的計算机工程師也常 把它們混為一談。 為什么不用? 實時操作系統和分時操作系統并不是完全互斥的概念，我前面說過如 果一個實時操作系統中所有的工作都有相同的時限，那它應該會制造出和分時作業 系統相同的結果。 所以一個系統可以同時執行分時和實時的工作另一個常有的誤解是實時的工作 應該比分時的工作先執行。這其實是不對的，實時的工作只是要求在時限內完成 而已，一個時限在 10 秒之后的工作沒有道理一定要在現在立刻執行。太早完成 它沒有任何好處，有時還會造成系統不必要的負擔。 實時操作系統的优勢在于它知道目前系統資源使用的狀況，它能比起分時作業 系統更精准的控制系統資源的使用。對于分時操作系統而言，它無法預測一個工 作到底還須要花多少時間才能完成。因此對于比較重要的工作，唯一的方法就是 盡快的完成它。而實時操作系統可以預測工作完成的時間，因此它可以輕易的決 定工作要在什么時間被執行。 所以實時操作系統所做的事，不過就是一個更強大的 renice 指令而已。在 renice 中，你只能指定一個叫优先權 (priority) 的值。优先權越高的工作 在分時系統中會分到更多的時間，但多多少呢? 沒人能回答這個問題，因為在 分時操作系統中不把它視為一個重要的事。 而實時操作系統的 renice 指定可以指定一大堆的參數，你可以指定前述的 時限 (deadline)，优先權 (priority)。還可以指定工作在單工狀態下執行所 需的時間 (execution time)、工作應該在什么時候允許開始執行 (start time) 、什么時候就不應該再繼續下去了(finish time)。當然過去二十年來在實時作 業系統理論上的發展使得我們還有更多更多的可能性來實作實時操作系統的 renice 指令。但簡單的說，我們得到的是一個更強大的 renice 指令。它可以被用來更 精准的調整系統的整体效能。這也就是我為什么會認為，為什么不用實時作業系 統。 我的看法是，在將來的操作系統，實時會是一個和网絡一樣、是系統標准的功能。 和 Linux 其它領域一般，有一大堆的人都試圖為 Linux 加上實時的功能。每個人 都有不同的看法，每個人看的角度也不相同，所以產生了各式各樣的"real-time Linux OS"。在這里，我們看到了開放原始碼 (open source) 在這個領域优勢所 在。我們可以想見在不久的將來，這些各有專精的系統會自然的合并成一套非常好 用的實時操作系統。而不是相互用市場的策略惡性競爭。所以 open source 可以 提供我們一套更新、更好、更實用的實時操作系統。 接下來，我們先簡介一下現存的各种 real-time Linux OS。
你可以看到基本上RT-Linux 中的實時工作(realtime task) 其實并不是 一個 Linux 的行程，而是一個 Linux 的可加載式核心模塊( loadable kernel module)。
之所以要如此做的原因在于 Linux 是一個很大的系統，且在設計的時候并沒 有考慮 real-time 的需求。舉個例說，單一個 Linux 系統呼叫可能會花上超過 10ms 的時間。對有些像工業控制的應用而言，它們對時間的要求通常在 1ms 的 等級上，Linux 根本無法滿足這种需求。所以 NMT RT-Linux 采用一個比較簡單 的做法，它干脆不用直接 Linux 的任何功能，而把需要高度時間精确度的工作 寫成一個驅動程序的型式，然后直接用 PC 時序芯片 (timer chip) 所產生的中 斷呼叫這個驅動程序。如此一來，不管 Linux 系統呼叫的時間有多長都沒有關系 了。 從這個角度看，NMT RT-Linux 其實是一個實時驅動程序的架构，算不上是真 正的 real-time Linux. 但由于它出現的早，且其架构很符合自動控制的需求。 使用者非常的多，且多半是有關自動控制的應用。
RTAI 和 NMT RT-Linux 最大的不同地方在于它非常小心的在 Linux 上定義了 一組 RTHAL (Real-Time Hardware Abstraction Layer)。RTHAL 將 RTAI 需要 在 Linux 中修改的部份定義成一組程序界面，RTAI 只使用這組界面和 Linux 溝通。這樣做的好處在于我們可以將直接修改 Linux 核心的程序代碼減至最小， 這使得將 RTHAL 移植到新版 Linux 的工作量減至最低。 RTAI 采取這种途徑最大的原因在于 NMT RT-Linux 在由 2.0 版移植至 2.2 版 的過程序遇到問題，使得基于 2.2 版核心的 NMT RT-Linux 一直無法完成。所以 在 Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale Politecnico di Milano 的 Paolo Mantegazza 和他的同事們就決定自行做移植的工作，但由 NMT RT-Linux 的困境他們体認到必須采取上述的途徑以解決將來可能再度面臨的兼容性問題。 于是 RTAI 便誕生了，它是一個比 NMT RT-Linux 更好的 NMT RT-Linux，雖 然后來 NMT RT-Linux 也隨后完成移植的工作，但那已經是 RTAI 誕生半年以 后的事了。
紅色的部份表示一組 RTAI 的實時行程和它在使用者模式 (user space) 的 伙伴。你可以了解，當 proxy 激活后，它不再可以被任何的搶先 (preempt)， 所以原本有的优勢就不再保有了。
RED-Linux 非常有彈性的排程器架构也是其特點之一，這部份基本上就是我博士 論文的主軸。它使得 RED-Linux 可以符合各种不同复雜度系統的需求。基本上，它將排程器分成 dispartcher 和 allocator 二部份，dispatcher 在核心中執行而 allocator 在使用者模式執行。allocator 可以是應用程序的一部份，也可以是一個獨立的單位。通常它可能是 middleware 的一部份，負責將應用程序的 resource request 轉換成 kerner 可以了解的格式。 RED-Linux 目前正在進行 POSIX 兼容模式的移植工作，所有 POSIX 中的實時 排程、定時器、sporadic server 等都將會被實作出來。 所有這些有關 real-time Linux 的計畫都是在 open source 的情況下發展，所以 我們可以預期在將來它們會有某些程度上截長補短的情況出現。前面說過，real-time Linux 主要有二個大類。第一种是 NMT RT-Linux 和 RTAI，它們的實時行程實際上 是一個核心模塊。所以它們事實上是一种 real-time 驅動程序，RTAI 和檔案系統 及网絡系統其實有很相似的結构，差別只是在于其驅動的硬件類別不同而已。 而另一方面，如 KURT, Linux/RK 及 RED-Linux 之類的系統則受限于能達到的時 間分辨率。雖然 RED-Linux 已經把這個极限推到 1ms 左右，但我們可以預期在 PC 的架构下要達到 100us 以下是很困難的。也就是說，對于要求 10K 以上頻率的應用 是不可能使用這种架构來達成。 但這其實是一個很合理的限制，我們可以將二种架构整合成一個系統來滿足 所有的需求。LXRT 是一個正确的方向，但如果使用 RED-Linux 和 RTAI 整合 可能更能達成需求。RED-Linux 非常彈性的排程器架构使得整合更行簡單。我 希望能在未來半年內推出這個產品，以成為一個終极的 real-time Linux。并 思考如何使整個系統正式的和 Linux 整合以利未來的發展。 摘自﹕http://linuxfab.cx |
2010年3月3日 星期三
Real-Time Linux 簡介
2010年3月1日 星期一
液晶顯示器於Aging階段常用的試驗條件
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液晶顯示器於Aging階段常用的試驗條件-老化試驗在高溫環境下輸入檢查訊號 , 檢測液晶面板之
偏光板試驗條件
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多點觸控面板測試條件
多點觸控面板測試條件
電容式觸控面板(又稱：表面電容式、Surface Capacitive)在結構上最外層為一薄薄的二氧化矽硬化處理層，硬度達到7H，第二層為ITO(導電鍍膜)，藉由正面的導電層平均分佈傳導低電壓的電流，在玻璃表面建立一均勻電場，當手指觸碰到觸控面板的表層，會從接觸點吸收小量電流，造成角落電極的壓降，利用感應人體微弱電流的方式來達到觸控的目的，最下層的ITO的功能是為了遮蔽電磁波，以維持Touch Panel能在良好無干擾的環境下工作，而投射式電容(Projective Capacitive)，就是著名的Apple iPhone手機及Windows 7所採用的觸控方式，擁有支援多點觸控(Multi Touch)的特色，可以縮短使用者的學習時間，只需使用指腹輕觸面板即可無須使用觸控筆，並且擁有更高的透光率而且更省電、比電阻式更耐刮(硬度可達7H以上)、大幅增加使用壽命且無需校正..等特性。 觸控技術依感應原理可分為：電阻式(Resistive)、電容式(Capacitive)、超音波式(Surface Acoustic Wave)及光學式(Optics)..等四種，其中電容式又可分為表面電容式(Surface Capacitive)與投射式電容(Projective Capacitive)兩種。 觸控技術應用面： 觸控面板透光率比較：電阻式(85%)、電容式(93%) 多點觸控面板測試條件： 冷熱衝擊測試-液體式：-40℃←→90℃、2cycles | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 多點觸控面板關鍵字整理：
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TI擴展全新Stellaris MCU系列
29 款全新Stellaris MCU包括針對動作控制(motion control)應用的獨特IP、智慧型類比功能及廣泛的進階連結技術選項等，可為產業應用提供各種價格/效能的解決方案。此外，該系列產品還可提供更高 範圍的記憶體接腳相容及最新精巧型封裝，可顯著節省空間與成本。
由於Stellaris MCU卓越的整合度可大幅提升效率，並降低成本，因而可使Stellaris系列的價格平均下降13%。TI多元的StellarisWare軟體可為每款元件提供支援，進而可加速能源、安全及連結技術市場領域的應用開發。
Stellaris ARM Cortex-M3 MCU擴大系列的功能與優勢：接腳相容的高彈性可充分滿足記憶體儲存量及擴展連結技術的需求；8款LM3S1000系列MCU可提供高接腳數及通用即時處 理功能；5款M3S3000系列MCU可提供USB元件、USB主機╱元件及OTG支援；14款LM3S5000系列MCU可提供USB元件、USB主機 ╱元件與USB OTG支援，並可提供Bosch 2.0 A/B CAN支援；2款LM3S9000系列MCU支援10/100乙太網路MAC+PHY、USB OTG及Bosch 2.0 A/B CAN。
此 外，該系列ROM中的StellarisWare軟體可保存快閃記憶體、節省時間並簡化開發；高達80MHz的時脈速度；具有單週期快閃記憶體與高達 50MHz SRAM存取的最佳化記憶體效能；動作控制(motion control)選項包括QEI、PWM及直接運動控制故障訊號；LM3Sxxx系列採用最新精巧型48接腳QFN封裝，可滿足小型嵌入式應用的需求。
TI 提供廣泛的ARM解決方案，其中包括Stellaris ARM Cortex-M3 MCU、Sitara Cortex-A8與ARM9 MPU以及OMAP應用處理器，不僅可協助客戶提高效能、充分利用多種週邊，並降低系統成本，同時還可為功能差異化及未來的高彈性預留充足的空間。
29款全新Stellaris MCU現已開始限量提供樣品，預計將於2009年12月大量提供樣片，並於2010年第一季投入量產。根據標準的交貨週期準則，採用最新48接腳QFN小型封裝的Stellaris LM3Sxxx系列MCU即將開始供貨電子書閱讀器趨勢：彩色、大尺寸、觸控…
高通(Qualcomm)在2010年的CES展裡，展示了一台具有5.7吋彩色微機電(MEMS)顯示技術的電子書閱讀器；該技術稱為mirasol，並且高通宣稱將於2010年底實現該顯示技術的商品化。高通這項顯示技術包含以下特色：
1. 具備豐富顯色能力：除了富士通以膽固醇液晶技術為基礎的FLEDPia外，高通可能會是第二個在2010年底前為電子書閱讀器帶來彩色化的供應商。mirasol具有令人滿意的藍色和綠色顯色能力，不過紅色方面偏黃，這可能是由於為了取得較佳白度而做的調整取捨。
2. 迅速的反應速度(達到微秒)：得以播放影片而無拖影或模糊的感覺。相比之下，E Ink的電泳式技術在播放影片上就顯得較差，因為其反應速度僅約200毫秒。
3. 較高解析度：高通的展示具有XGA (1024x768)的畫素，同時解析度高達200 dpi。這樣的解析度高於一般的電子書閱讀器螢幕(通常是6吋800x600畫素)，因此mirosal可以將較細小的字體和圖片的細節之處展現出來。
Qualcomm 5.7" Color E-Book Demo
（來源：Qualcomm）
高 通在2004年從Iridiagm併購了MEMS顯示技術後，約在2009年中，宣佈於台灣桃園縣的龍潭工業區建造組裝生產線並已經開始運轉。這條生產線 是高通與正崴精密策略合作的結果，正崴在這項合作中扮演著運作生產的角色，並且利用4.5線的尺寸來生產mirosal面板。
高通mirosal顯示器上的每一個畫素均包含RGB的子畫素(Sub-pixel)，每個子畫素均有對應的微機電結構。結構中有金屬薄膜與光學反射層，透過調整薄膜與光學反射層之間的間隙大小，就可以改變所顯示出來的顏色。
高 通表示，當2010年該技術商品化的目標達成時，將會是具備彩色的顯示能力，同時對電子書閱讀器他們也不考慮開發單色技術。這樣的市場考量也算是合情合 理，畢竟對消費者來說，若是可以選擇的話，彩色的電子書閱讀器是他們比較喜歡的。不過，彩色的版本在一開始時可能單價稍高，以富士通的FLEPia來說， 終端售價就超過1000美元。
LiquaVista在2010年的CES展示了他們獨特的電溼式(Electo-wetting)顯示技術，稱為LiquaVista Color。該公司曾經在2009年的橫濱光電展中展出一片6吋彩色顯示的面板，不過當時還有抽線的顯示缺陷。
到 了2010年的CES展時，該缺陷顯然已經獲得了改善，僅剩下若干點無法正常顯示。能有這樣的改善，可能得力於應用材料(Applied Material)這家公司的協助；這家公司在2009年時投資LiquaVista以打造電溼式顯示技術的生產設備，金額並未對外透露，而目標是瞄準未 來的電子書閱讀器螢幕應用。
在CES展中的樣品中，彩色的顯示仍然是透過濾光片的方式來達成，不過將來可能會採用堆疊色層 (Stacking Color Layers)的方法。另一個可能的做法是採用背光，因為電溼式顯示技術具背光穿透可行性。LiquaVista的展示樣品同時也有快速的反應速度，所以 影片的播放效果將會較平順。該公司預計在2011年將這項技術推廣到市場。
Liquavista 6" Color E-Book Demo
（來源：Liquavista）
根 據Engadget.com網站的揭露，當Barnes & Noble的Daniel Joresson在2009年10月的CTIA研討會中回答媒體提問時表示，該公司將會在2010年春季左右的時間點推出具備彩色顯示能力的電子書閱讀 器，而該彩色面板將會是由Plastic Logic製造。
Barnes & Noble已經發表了Nook，該閱讀器具有黑白灰階顯色的E Ink電泳式技術顯示面板，以及一片3.5吋左右的TFT LCD面板做為操作介面。不過，Barnes & Noble尚未對外正式公佈任何彩色電子書閱讀器，而Plastic Logic也沒有公布彩色的電子書閱讀器用面板。想來，發言人Joresson當時還是稍樂觀些。DisplaySearch的預測是，Plastic Logic可能要遲至 2010年底左右才能推出彩色的顯示面板。
DisplaySearch 2009年電子紙顯示器報告預測，彩色的電子書閱讀器一直要到2011年後才有可能有較大的出貨量，這是因為稍嫌昂貴的價格與彩色技術挑戰的緣故。以下，是彩色電子書顯示面板的開發時程。
Color E-Book Display Roadmap
目 前大多數的電子書閱讀器採用E Ink的(微膠囊)電泳式技術，而2010年將會有更多不同的顯示技術加入這個戰場，像是高通的微機電顯示技術、LiquaVista的電溼式技術。而友 達(AUO)體系的達意(SiPix)的電泳式微杯(Micro-cup)技術是另一項已經商品化的顯示技術。
友達在 2009年下半年開始將技術量產，並且透過集團裡的下游品牌明基(BenQ)，推出電子書閱讀器nReader。明基的推出計畫不僅是電子書閱讀器硬體， 同時還包含線上的電子書內容平台，預計2010年1月在台灣將軟、硬體配合、同步推出。之後，也會擴展到日本和中國大陸。明基副董事長王文燦表示，明基對 nReader的2010年銷售目標是：台灣5萬台、全球30萬台。
nReader有6吋的電泳式面板並支援觸控螢幕，面板 自然來自友達與達意的技術，明基也預計在2010年下半年推出彩色的電子書閱讀器。配合的線上電子書內容平台(伊博數位書屋)目前已經有超過上百萬本的免 費電子書，加上3,000到4,000本左右的新書，另外約有6,000本的簡體中文書和3萬本左右的日文書。nReader除了閱讀功能外，也支援 MP3音樂格式播放，並且內建2GB的儲存空間以及透過microSD插卡擴充到16GB，建議售價新台幣8,990元。
Plastic Logic在2010年的CES展示QUE電子閱讀裝置，並且宣稱4月時會推出市場。QUE應該會是市場上第一個具備軟性基板的主動式矩陣顯示器。之前從 2008年開始，就有許多人引頸盼望Polymer Vision的Radius可捲式面板，然而最終Polymer Vision還是未能夠商品化，並且因為財務危機而被台灣的系統廠緯創在2009年中時併購。
Plastic Logic位在德國德勒斯登有一個工廠，將有機TFT薄膜電晶體層(Organic TFT)結合軟性塑膠的基板材質，然後上層採用的則是E Ink的電泳式技術。QUE的顯示尺寸是10.7吋，並且具備投射式電容觸控面板的操作介面。
無 獨有偶，同期間美國的Hearst媒體集團也推出軟性基板的電子書閱讀器。該閱讀器由Hearst所獨立出來的Skiff這家公司所製造，採用的技術是由 LG所提供的不鏽鋼金屬薄膜作為基板，搭配a-Si TFT非晶矽薄膜電晶體層。至於上層，依然是採用E Ink的電泳式技術。Skiff的顯示面板具有11.5吋的大小與1200x1600畫素，雖然也會內置觸控面板，但是採用技術則尚未對外說明。
Plastic Logic's QUE (left) and Skiff (right)
（來源：Plastic Logic and Skiff）
IREX這家公司已經推出10吋以上等級的電子書(報紙、雜誌)閱讀器到市場上，不過所採用的玻璃基板，不像Plastic Logic的塑膠材質和Skiff的不鏽鋼材質。下表列出這三者的比較。
Comparison of >10" E-Newspaper/E-Magazines
與玻璃材質比較，軟性基板較薄、較輕、表面較不光滑，不過也較具可彎曲性，同時對碰撞的耐受性也會比較好。所有可攜式的裝置應該都會歡迎軟性顯示器，特別是10吋以上等級的電子報紙、雜誌閱讀等應用，軟性顯示器會在未來幾年具有優勢。
2010年的CES展中，我們還看到還有許多家加入這個市場的品牌，包含漢王、IRiver、津科、Picketbook與Astak。另外，Freescale與Marvell也展示了他們為電子書閱讀器所特別設計的處理器。