第 1 天：RTLinux 实时基础与实时任务开发（6h）

1. 半导体设备实时系统基础与 RTLinux 工程实践（3h）

1.1 半导体设备对实时系统的工程化需求（0.5h）

⚫ 半导体设备（刻蚀 / 薄膜沉积 / CMP / 运动平台）的典型实时控制场景

✓ 运动控制周期（1ms～100µs）

✓ 工艺同步控制（气体、温控、真空）

✓ 报警与联锁的确定性响应要求

⚫ 实时系统三大核心指标

✓ 确定性延迟

✓ 最坏响应时间

✓ 长期稳定性（7×24 小时运行）

⚫ 普通 Linux 在设备控制中的局限

✓ 抢占不可控

✓ 中断不可预测

✓ 多任务抖动问题

1.2 RTLinux / PREEMPT_RT 在设备控制中的工程定位（1h）

⚫ RTLinux 的工程实现路径（弱内核、强应用）

✓ PREEMPT_RT 的定位

✓ 与“双内核 RTLinux”思想的关系

⚫ PREEMPT_RT 的核心特性

✓ 全内核抢占

✓ 中断线程化

✓ 实时调度策略（SCHED_FIFO / SCHED_RR）

⚫ 半导体设备软件常见架构示例

实时控制线程 + 非实时 UI / 日志 / 网络

1.3 实验一：RTLinux 实验环境搭建与实时基线测试（1.5 h）

实验环境

⚫ VMware + Ubuntu 20.04（统一镜像）⚫ PREEMPT_RT 内核（已编译或提供包）

⚫ C/C++ 编译环境（gcc / pthread / rt）

实验内容

⚫ 安装并验证 PREEMPT_RT 内核

⚫ 使用 cyclictest 测试：

✓ 最大延迟

✓ 抖动分布

⚫ 对比：

✓ 普通 Ubuntu 内核

✓ PREEMPT_RT 内核

2. 实时任务编程与精密定时控制（3h）

2.1 基于 C/C++ 的实时任务编程模型（1.5h）

⚫ 实时任务 ≠ 内核模块

⚫ 实时线程创建与管理

✓ pthread + SCHED_FIFO

✓ 优先级规划原则

⚫ 高精度周期任务实现

✓ clock_nanosleep()

✓ 绝对时间 vs 相对时间

⚫ 定时抖动来源分析

✓ 系统调用

✓ 缓存未命中

✓ 调度干扰

2.2 实验二：模拟工艺周期的实时控制任务（1.5h）

实验内容

⚫ 编写 C++ 实时周期线程：

✓ 周期：1ms

✓ 模拟工艺步骤状态机

⚫ 模拟 IO 控制（GPIO / 内存变量）

⚫ 记录并分析：✓ 周期抖动

✓ 最大执行时间

第 2 天：实时多线程架构与系统级优化（6h）

3. 面向半导体设备的实时多线程架构设计（3h）

3.1 多优先级实时线程调度策略（1.5h）

⚫ 半导体设备典型任务分级

✓ 高优先级：运动 / 联锁 / 报警

✓ 中优先级：工艺控制

✓ 低优先级：日志 / 通信

⚫ SCHED_FIFO 调度策略详解（工程规则）

⚫ CPU 亲和性绑定（CPU Affinity）

✓ 核心隔离思想

✓ 实时线程独占核心

3.2 实验三：多优先级实时控制系统（1.5h）

实验内容

⚫ 构建三类线程：

✓ 高优先级：运动控制模拟

✓ 中优先级：温控任务

✓ 低优先级：日志记录

⚫ 观察：

✓ 抢占关系

✓ 延迟变化

⚫ 实际工程调优示范

4. 实时数据交互、中断模拟与系统稳定性（3h）

4.1 实时与非实时线程通信机制（1.5h）

⚫ 实时 FIFO 与无锁队列

⚫ 共享内存的工程使用方式

⚫ 实时同步机制选型

✓ mutex（优先级继承）

✓ semaphore⚫ 避免优先级反转的工程策略

4.2 实验四：实时采集与数据交互系统（1.5h）

实验内容

⚫ 实时采集线程（高优先级）

⚫ 非实时数据处理线程

⚫ 共享内存 + 环形缓冲区

⚫ 验证零拷贝低延迟通信

5. 系统调优、调试与长期可靠性保障（3h）

5.1 实时系统性能分析与问题定位（1.5h）

⚫ 实时系统常见问题

✓ 优先级反转

✓ 中断占用过长

✓ 内存抖动

⚫ 工程调试工具

✓ trace-cmd

✓ ftrace

✓ latencytop

⚫ 实时日志记录最佳实践

5.2 实验五：实时问题诊断与系统优化（1.5h）

实验内容

⚫ 构造一个存在优先级反转的问题程序

⚫ 使用工具定位问题

⚫ 引入优先级继承机制进行修复

6. 半导体设备实时系统最佳实践总结（1.5h）

6.1 系统级实时优化要点

⚫ 内存管理

✓ 锁页（mlockall）

✓ 内存池

⚫ 启动参数优化

✓ isolcpus✓ nohz_full

✓ rcu_nocbs

⚫ PREEMPT_RT 关键配置项解读

6.2 综合案例与客户场景讨论

✓ 典型半导体设备控制器软件架构拆解

✓ 与屹唐半导体实际项目场景对标

✓ Q&A 与自由交流