【ROS/ROS2与实时Linux系列】第三篇实时Linux环境构建：编译与配置

摘要：实时Linux对ROS/ROS2至关重要，尤其在自动驾驶和工业机器人等场景中，能够提供低延迟和高确定性的任务处理。本文详细介绍了构建实时Linux环境的步骤，包括硬件/软件准备、PREEMPT_RT补丁获取与编译、内核配置及系统优化。通过实际案例（如自动驾驶传感器数据处理）展示了实时Linux的关键作用，并提供了常见问题解决方案和实践建议（如备份配置、性能测试）。最终帮助开发者搭建高性能实时

望获linux

169人浏览 · 2026-02-11 09:55:38

望获linux · 2026-02-11 09:55:38 发布

一、简介：为什么实时 Linux 对 ROS/ROS 2 至关重要？

背景：
在机器人操作系统（ROS/ROS 2）中，实时性是关键需求。例如，自动驾驶汽车、工业机器人等场景要求系统能够快速响应外部事件，确保任务的及时执行。实时 Linux 通过提供低延迟和高确定性的特性，满足了这些需求。
重要性：
实时 Linux 环境能够显著提升 ROS/ROS 2 的性能。例如，在自动驾驶场景中，实时 Linux 可以将系统延迟降低到微秒级别，确保传感器数据的实时处理和控制指令的快速下发。掌握实时 Linux 的构建和配置，对于开发者来说是提升系统性能和可靠性的关键技能。

二、核心概念：实时 Linux 的关键术语

术语	一句话解释	本文出现场景
PREEMPT_RT	实时补丁，将 Linux 内核转换为实时内核	编译、安装
实时内核	提供低延迟和高确定性的内核	系统配置
软实时	系统大部分时间满足实时要求，但允许偶尔超时	性能优化
硬实时	系统必须严格满足实时要求，不允许超时	硬件选择
实时任务	需要在严格时间约束内完成的任务	任务调度

三、环境准备：构建实时 Linux 环境

1. 硬件环境

CPU：支持实时操作系统的多核处理器，推荐 Intel 或 AMD 的主流处理器。
内存：至少 8 GB RAM，推荐 16 GB 以上。
存储：SSD 硬盘，推荐 256 GB 以上。

2. 软件环境

组件	版本	安装命令
Ubuntu	20.04 LTS	官方 ISO 下载
PREEMPT_RT 补丁	5.15.y	见下文一键脚本
编译工具	GCC 9.0+	`sudo apt install build-essential`

3. 安装 Ubuntu 20.04 LTS

下载 ISO 文件
访问 Ubuntu 官方下载页面，选择 20.04 LTS 版本。
制作启动盘
使用 Rufus 或其他工具将 ISO 文件写入 USB 启动盘。
安装系统
启动计算机，从 USB 启动盘启动，按照提示完成安装。

4. 更新系统

sudo apt update && sudo apt upgrade -y

四、应用场景：自动驾驶中的实时 Linux

在自动驾驶汽车中，实时 Linux 环境用于处理传感器数据（如激光雷达、摄像头）和控制指令。例如，激光雷达每秒生成数百万个点云数据，需要实时处理并反馈给控制模块。实时 Linux 确保这些任务在严格的时间约束内完成，避免延迟导致的安全问题。

五、实际案例与步骤：编译与配置实时 Linux

5.1 获取 PREEMPT_RT 补丁

下载 Linux 内核源码

wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v5.x/linux-5.15.71.tar.xz

下载 PREEMPT_RT 补丁

wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/5.15/patch-5.15.71-rt53.patch.xz

解压源码和补丁

tar -xf linux-5.15.71.tar.xz
cd linux-5.15.71
xzcat ../patch-5.15.71-rt53.patch.xz | patch -p1

5.2 配置内核

生成默认配置
```
make olddefconfig
```

启用 PREEMPT_RT

./scripts/config --set-val CONFIG_PREEMPT_RT y

启用实时任务调度

./scripts/config --set-val CONFIG_SCHED_RR y

启用实时网络

./scripts/config --set-val CONFIG_NET_SCH_FIFO y

5.3 编译内核

编译内核
```
make -j$(nproc) deb-pkg
```
安装内核包
```
sudo dpkg -i ../linux-*.deb
```

5.4 配置系统

修改启动配置
编辑 /etc/default/grub，添加 PREEMPT_RT 参数：
```
GRUB_CMDLINE_LINUX="quiet splash"
```
更新 GRUB
```
sudo update-grub
```
重启系统
```
sudo reboot
```
验证内核版本
```
uname -r
```

六、常见问题与解答（FAQ）

问题	现象	解决
编译失败	缺少依赖包	安装编译工具：`sudo apt install build-essential`
内核启动失败	内核版本不匹配	确保补丁与内核版本一致
系统不稳定	内核配置错误	检查内核配置，确保启用 `PREEMPT_RT`
网络延迟高	网络配置错误	启用实时网络调度：`./scripts/config --set-val CONFIG_NET_SCH_FIFO y`

七、实践建议与最佳实践

备份默认配置
在修改内核配置前，备份默认配置文件：
```
sudo cp /etc/default/grub /etc/default/grub.bak
```
逐步验证
每次修改内核配置后，重新编译并验证系统稳定性。
使用 Git 管理配置
将内核配置文件纳入 Git 管理，方便版本追溯。

性能优化
使用 cyclictest 工具验证系统延迟：

sudo apt install rt-tests
cyclictest -p99 -i100 -d60s -n > cyclictest.log

文档化
将编译和配置步骤记录在文档中，方便团队成员参考。

八、总结与应用场景

本文详细介绍了实时 Linux 环境的构建和配置，包括 PREEMPT_RT 补丁的获取、编译、安装和系统级配置。通过这些步骤，开发者可以搭建一个低延迟、高确定性的实时 Linux 环境，为 ROS/ROS 2 的部署奠定基础。实时 Linux 在自动驾驶、工业机器人等场景中具有重要应用，能够显著提升系统的性能和可靠性。希望本文能够帮助你快速上手实时 Linux，将所学知识应用到真实项目中。