本帖最后由 tobot 于 2022-1-13 23:00 编辑
继续之前提升树莓派的实时性的话题，在 https://bbs.21ic.com/forum.php?mod=viewthread&tid=3186340#pid12522916 目标中，为了读取DHT11温湿度传感器，需要GPIO接口至少达到28us的响应速度和时间检测，为了区分0、1，我们使用累加循环若干次，对次数进行统计，确认其高电平的持续时间，也在其中分析了，因为树莓派本身MCU的差异，导致代码的一致性并不好，换一款MCU就需要重新根据实际情况调整，而且在非实时的操作系统上，往往会出现突发的任务占用这一时间片，导致计算操作时延可能出错。 之前帖子https://bbs.21ic.com/icview-3191176-1-1.html中，也提到可以使用专核专用的方法来提升实时特性，这里再介绍另外一种方法，通过部署RT工具来实现每次操作尽可能一致，而不受到其它任务进程的干扰。 参考https://github.com/lemariva/RT-Tools-RPi，是一个面向树莓派的RT补丁，据说部署以后，系统的实时特性会得到有效提升。 但如何度量任务的“实时性”呢？用读取传感器尝试过，“感觉”是有改善的，为了量化这一数据，在系统中安装rt-tests测试工具集（包括cyclictest、hackbench、pmqtest、ptsematest、rt-migrate-test、signaltest、sigwaittest等），来对“real time”特性进行评估。 一、安装rt-test工具集 在操作系统中使用apt-get安装工具集： 参考https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/howto/tools/rt-tests文档，工具集中，最重要的测试项为cyclictest（测试延迟）。 cyclictest是一款用于测试任务时延的工具。通过反复执行一个新建任务，计算任务中断和调度所需时间，得到测试结果。如下图所示： cyclictest工具可以逐条输出每次延时测量的结果，也可以一次性输出大量测试结果的统计值。 二、cyclictest工具的使用 根据https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/howto/tools/worstcaselatency 中的介绍，如果测试实时性能，应该在一定负载下进行测试，其参考建议生成负载可以用： 1、用stress产生背景压力 2、用脚本分别对CPU、IO、网络、disk产生压力 为了简化测试，我们直接使用stress-ng来对系统产生压力，新开一个窗口安装stress-ng并运行： 我们知道stress-ng可产生压力的算法模式非常多（据说有30多种不同的压力算法，包括pi, crc16, fft等），这里也不用一一验证，直接使用stress-ng -c 4 --cpu-method all命令让所有模式都生效： 另开一个终端，执行cyclictest测试，如之前所述，我们希望的是得到一致性的比较，无需过于关注每次测试的结果，调整命令参数，使其直接输出histogram统计结果。具体命令为： sudo cyclictest -p 60 - m -c 0 -i 1000 -n -h 200 -q -l 1000000 其中参数： -p 60表示新建进程优先级为60 -m表示锁定内存分配 -c 0使用默认的MONOTONIC 时钟 -i 1000 指定一个循环为1000us -l 1000000总共1000000次循环，也就是说我们会得到1000000个时延测试结果 -n 使用nanosleep -q为在运行时不打印即时信息 -h 200统计0~199us的信息（这也是多次测试得到的一个参考值，超过200us延迟结果数量不多，可以暂不考虑） 执行完成后会得到一张统计表格与一个较为简略的概述 根据这个描述，可以看到有736个测试结果超过我们预期200us的延迟，分别是02286……次测试，因为超出预期延迟的测试数量，比起测试总数的1000000来说，不到1‰，可以直接忽略。 三、升级Kernel 原始系统的raspbian中kernel是5.4.51，可以通过uname -a查看到： 部署补丁需要重新编译kernel，相对比较麻烦，在网站 https://github.com/lemariva/RT-Tools-RPi 中可以下载到已经集成补丁并编译通过的kernel，我们借来使用。 从网站中下载rt-kernel.tgz文件并放入raspbian系统的某个目录中，解压 tar xzvf rt-kernel.tgz 把解压出的文件拷贝文件到各目录，覆盖现有文件 sudo cp *.dtb /boot/ sudo cp overlays/* /boot/overlays sudo cp -r lib / sudo cp boot/kernel7_rt.img /boot/ 因为部署了RT补丁的kernel名字发生了变化，我们可以通过修改启动配置，使其从新kernel中启动： sudo nano /boot/config.txt 在文件中修改（或添加）kernel=kernel7_rt.img 保存重启，再查看系统： 可以看到当前使用的是4.19.59-rt23版本。 版本号比较低，因为毕竟在网站中下载的最新版本也是2年前上传的。 四、测试RT补丁效果 在修改了kernel实现RT效果的操作系统中，重复上述使用cyclictest测试实时性能过程，同时在两个终端中，执行 stress-ng -c 4 --cpu-method all 和 sudo cyclictest -p 60 - m -c 0 -i 1000 -n -h 200 -q -l 1000000 命令，再次得到一组统计数值 五、结论 为了更加直观比较，将两组数值导入excel表，生成图表 横轴是时延测试结果，纵轴是该时延出现的次数。 可以直观看到，相较于kernel版本5.4.51的测量值，部署RT补丁后kernel版本为4.19.59-rt23的测量值更加集中。意味着其“实时性”更好。 六、展望 本次实验直接借用了网上其它人编译的kernel，版本相对较老，但效果还是比较明显的。 在https://github.com/raspberrypi/linux/branches可以看到最新版本是5.16，与之相对应的，在网站https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/也可以找到5.16版本的RT补丁。 因此我们可以尝试自己动手编译kernel，测试一下最新版本上部署RT的效果。
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