HTTP传输接收服务的一次CPU占比100%排查

笔者有个HTTP数据接收的项目上线,接收了大量的客户端HTTP请求,部署在三台LINUX 服务器上。

linux服务器64G内存,操作系统为CENT OS7.6

WEB容器采用TOMCAT9.0,服务端程序使用JAVA 开发,JDK版本为1.8,负责接收客户端持续不断的JSON请求,服务端将JSON解析为JAVA对象,并对每个对象的属性作合法性验证(比如,某个属性必须是16位的数字和字母且允许|间隔等待)以及相关性验证(比如 某个值必须等于A+B+C)。

上线几日来,每天接收80万的基本流水以及800万条的扩展流水。

上线首日,客户端(发送HTTP请求)报告有大量的连接超时(每次请求达到几十秒才能完成,正常时至多几十毫秒一次请求即可得到服务器200的响应)。

登录到服务端服务器排查:

在控制台命令行输入 top -c 命令,目的是显示进程运行信息列表,在屏幕显示中找到CPU占比最高的进程。

比如,最耗CPU的进程是PID为10165的进程,将ID记录下来。

在控制台命令行输入top -Hp 10165 ,显示一个进程的线程运行信息列表。

进程10165内,最耗CPU的线程PID为10604。

在控制台输入 printf “%x” 10604 将线程ID转换为16进制 ,比如 296c。

在控制台输入  jstack 10165|grep 296c -A 30   用于显示该线程的代码堆栈:

[root@localhost qf]# jstack 10165|grep 296c-A 30
"http-nio-9088-exec-43

<think>好的,我现在需要帮助用户了解MT7981通过SPI向ST7789显示图像时,单次传输字节大小的瓶颈在哪里。首先,我要回顾一下用户之前的问题和当前的提问,确保理解上下文。 用户之前询问如何直接操作framebuffer让屏幕全红,现在的问题转向了SPI传输的瓶颈。这可能意味着用户正在开发或优化显示驱动,遇到了性能问题,想了解限制因素。用户可能是一位嵌入式系统开发者,或者是正在学习相关技术的学生。 接下来,我需要分析MT7981和ST7789的硬件特性。MT7981是联发科的处理器,通常用于路由器或嵌入式设备,而ST7789是一款SPI接口的LCD控制器。SPI传输的瓶颈可能来自多个方面,我需要逐一梳理。 首先,SPI时钟频率是主要因素。ST7789的最高支持频率和MT7981的SPI控制器能力是否匹配?如果SPI时钟设置过高,可能导致通信错误;过低则限制传输速度。用户需要确认两者的规格,比如ST7789的数据手册中提到的最大SPI频率,以及MT7981的SPI控制器支持的最高频率。 其次,SPI总线模式(如全双工、半双工)和位宽(8位、9位)也会影响传输效率。比如,使用全双工模式可能比半双工更快,但具体还要看设备支持情况。此外,DMA的使用与否也很重要,DMA可以减轻CPU负担,提高传输效率,但需要配置正确。 然后,考虑SPI FIFO缓冲区的大小。MT7981的SPI控制器可能有内置的FIFO缓冲区,如果单次传输超过这个缓冲区大小,可能会导致等待时间,从而降低效率。用户需要查阅MT7981的数据手册,了解FIFO的容量,并确保每次传输不超过这个限制。 接下来是ST7789的GRAM写入限制。ST7789在接收数据时,可能需要对命令和数据分开处理,比如设置地址窗口后再传输像素数据。如果单次传输的数据超过了地址窗口的范围,或者需要频繁发送命令,会导致传输中断,增加开销。因此,合理规划数据传输块的大小,减少命令中断次数是关键。 软件层面的因素也不容忽视。驱动程序中SPI传输函数的实现方式,比如是否使用阻塞传输、中断或DMA,以及数据处理效率(如像素格式转换)都会影响性能。如果软件处理速度跟不上SPI的硬件速度,就会成为瓶颈。例如,如果每次传输前都需要CPU处理大量数据,会导致延迟。 此外,系统中断和任务调度也可能影响传输。在高负载系统中,其他中断或任务可能会抢CPU资源,导致SPI传输被延迟。因此,优化系统优先级设置或使用实时操作系统(RTOS)可能会有帮助。 用户可能需要具体的优化建议。比如,提高SPI时钟到设备允许的最大值,使用DMA传输,调整传输块大小以匹配FIFO,合并命令与数据减少中断,优化像素数据格式转换,以及调整系统优先级等。同时,提醒用户注意硬件限制,如导线长度和干扰,这些可能导致实际频率无法达到理论值。 最后,总结瓶颈可能来自硬件限制、SPI配置、软件效率或系统环境,需要综合排查。用户需要结合具体硬件文档和实际测试来找到最优配置。</think>在MT7981通过SPI驱动ST7789显示屏时,单次传输字节大小的瓶颈主要来自以下6个技术层面的限制: --- ### 1. **SPI时钟频率限制** - **硬件极限**:ST7789的SPI接口最高支持时钟频率(如80MHz),而MT7981的SPI控制器实际输出频率可能受芯片设计或PCB布线质量限制。 - **传输速率公式**: $$ \text{单字节传输时间} = \frac{8 \, \text{bits}}{f_{\text{SPI}}} $$ 例如:80MHz时钟下,单字节传输时间为100ns,理论最大吞吐量为10MB/s。 --- ### 2. **SPI总线模式限制** - **协议开销**: - SPI全双工模式下每字节传输需包含命令/地址/数据分段 - ST7789的像素写入需先发送`0x2C`命令+GRAM地址窗口设置(用额外字节) - **有效数据比**: ```plaintext 示例传输流程: [CMD:1字节] + [参数:N字节] + [像素数据:M字节] → 实际有效数据比 = M/(1+N+M) ``` --- ### 3. **SPI FIFO缓冲区限制** - **MT7981硬件特性**: - SPI控制器内置FIFO深度(常见为64/128字节) - 单次DMA传输若超过FIFO容量,需分多次填充,导致额外等待时间 - **优化策略**: ```c // 示例:分块传输匹配FIFO #define FIFO_DEPTH 64 for(int i=0; i<total_size; i+=FIFO_DEPTH){ spi_transfer(data + i, min(FIFO_DEPTH, total_size - i)); } ``` --- ### 4. **ST7789的GRAM写入限制** - **设备特性**: - 最大连续写入长度受GRAM地址窗口限制(通常可设置全屏范围) - 但内部SRAM缓冲区可能有限(某些型号仅支持单行写入) - **关键时序参数**: ```plaintext tWRWR (连续写入间隔时间): 典型值50ns tWR (写周期时间): 典型值15ns ``` --- ### 5. **软件层开销** - **驱动实现效率**: - 内存拷贝:若需从帧缓冲区复制数据到SPI发送缓冲区 - 格式转换:RGB888→RGB565等像素格式实时转换的CPU耗时 - **中断延迟**: ```plaintext 中断响应时间 + 上下文切换时间 ≈ 微秒级开销 在大量小数据包传输时影响显著 ``` --- ### 6. **系统级瓶颈** - **DMA通道竞争**: - 多外设共享DMA控制器时的仲裁延迟 - 内存带宽限制(如DDR访问延迟) - **实际测量方法**: ```bash # 通过示波器测量CS引脚低电平持续时间(T_total) 实际传输速率 = 传输字节数 / T_total ``` --- ### 优化建议(需结合具体平台): 1. **最大化单次传输块**: - 通过`0x2C`命令设置全屏GRAM地址窗口,减少命令分段 - 使用32-bit颜色深度时,对齐4字节传输块 2. **SPI调参优先级**: ```plaintext CPOL/CPHA → 时钟极性模式匹配 SPI模式 → 优先选择DMA模式 时钟分频 → 逐步降低分频系数直至稳定 ``` 3. **硬件协同设计**: - 缩短SPI走线长度(降低电容效应) - 增加上拉电阻(改善信号完整性) --- ### 典型瓶颈场景示例: | 场景 | 理论最大速率 | 实测速率 | 瓶颈来源 | |-----------------------|--------------|------------|------------------| | 小包传输(64字节) | 10MB/s | 2.1MB/s | 协议开销+中断延迟| | DMA大块传输(4096字节)| 10MB/s | 8.7MB/s | SPI时钟频率 | | RGB565实时渲染 | 10MB/s | 5.4MB/s | 格式转换CPU耗时 | 建议通过`spidev_test`工具实测实际传输速率: ```bash # Linux SPI调试工具 sudo apt install spi-tools spi_test -D /dev/spidevX.Y -s 80000000 -v -p "\x00\x00" ```
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