linux之xenomai的安装配置

渣渣小妖

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分类专栏： Linux 文章标签： linux 运维服务器

于 2024-05-23 15:07:32 首次发布

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一. 准备工作

本文主要以使用xenomai3的dovetail作为样例，并且运行x86平台上，所以需要准备如下工作:

一台安装ubuntu20.04的x86工控机
linux-dovetail-v5.15.y-dovetail
xenomai-3.2

二. 配置内核

1. 进入到xenomai-3.2，在控制台中执行:

./scripts/bootstrap
./scripts/prepare-kernel.sh --arch=x86_64 --linux=<linux-dovetail-v5.15.y-dovetail的路径>

2. 进入到linux-dovetail-v5.15.y-dovetail文件夹，在控制台执行:

cp /boot/config-$(uname -r) .config
make menuconfig

找到下面的选项，并执行相应的操作:

* General setup
 	--> Local version - append to kernel release: -xenomai（起个区分内核的名字）
        --> Timers subsystem
 		---> High Resolution Timer Support [*]（默认）

* Pocessor type and features
         --> Linux guest support(如果使用ipipe补丁，则必须关闭)
	 --> Processor family
		 ---> Core 2/newer Xeon (if “cat /proc/cpuinfo | grep family” 
                                returns 6, otherwise set as Generic otherwise)
         --> Multi-core scheduler support []（关闭）
         --> Enable Maximum number of SMP Processors and NUMA Nodes []（可选）


* Xenomai/cobalt
	 --> Sizes and static limits
		 ---> Number of registry slots  (512 --> 4096)
		 ---> Size of system heap (Kb)  (4096 --> 4096)
		 ---> Size of private heap (Kb) (256 --> 256)
		 ---> Size of shared heap (Kb)  (256 --> 256)
		 ---> Maximum number of POSIX timers per process (256 --> 512)
	 --> Drivers
                ---> Real-time IPC drivers [*] （双击空格选定为*）（可选）
                        ---> RTIPC protocol family <M>（默认）
                            ---> XDDP cross-domain datagram protocol [*]（默认）
                            ---> IDDP intra-domain datagram protocol [*]（默认）
                            ---> Number of IDDP communication ports  (32) （默认）
                            ---> Buffer protocol [*]（默认）
                            ---> Number of BUFP communication ports (32) （默认）
		 ---> RTnet
			 ---> RTnet, TCP/IP socket interface (Enable)
				 ----> Drivers
					 -----> New intel(R) PRO/1000 PCIe(Gigabit) [M]（模块）
					 -----> Realtek 8169(Gigabit) [M]（模块）
					 -----> Loopback [M]（默认）
				 ----> Add-Ons
					 -----> Real-Time Capturing Support [M]（模块）
	
* Power management and ACPI options
	 --> CPU Frequency scaling
	 	---> CPU Frequency scaling []（关闭）
	 --> ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) Support
	 	---> Processor []（关闭）
	 --> CPU Idle
		 ---> CPU idle PM support []（关闭）

* Memory Management Options
	 ---> Transparent Hugepage Support []（关闭）
	 ---> Allow for memory compaction []（关闭）
	 ---> Contiguous Memory Allocation []（关闭）
	 ---> Page Migration []（关闭）

* Device Drivers
      --> Unisys visorbus driver [](关闭)

除以上提到的配置外 , 下面这些选项配合内核参数也会对xenomai实时性进行增强:

CONFIG_NO_HZ_FULL = y、CONFIG_RCU_NOCB_CPU=y、RCU_KTHREAD_PRIO=0
CONFIG_MIGRATION=n、CONFIG_MCORE2=y[x86]、CONFIG_PREEMPT=y、ACPI_PROCESSOR =n[x86]、CONFIG_CPU_FREQ =n、CONFIG_CPU_IDLE =n

如果要安装IGH，建议同时关闭下面三个选项:

Power management and ACPI options

         --> Suspend to RAM and standby [] （建议关闭）
         --> Hibernation (aka 'suspend to disk') [] （建议关闭）
         --> Device power management core functionality [] （建议关闭）

【注意】由于这几个选项会影响IGH网卡驱动的PM（电源管理），当系统自动挂起或者用户主动挂起系统时可能会导致IGH网卡驱动出问题甚至系统崩溃。

三. 编译安装

3.1 编译内核

sudo make -j4 bzImage
sudo make modules

3.2 安装模块

sudo make INSTALL_MOD_STRIP=1 modules_install

3.3 安装内核

sudo cp arch/x86_64/boot/bzImage /boot/vmlinuz-5.15.151-xenomai
sudo cp .config /boot/config-5.15.151-xenomai
sudo cp System.map /boot/System.map-5.15.151-xenomai

cd /lib/modules/5.15.151-xenomai
sudo update-initramfs -c -k 5.15.151-xenomai

3.4 配置grub

sudo vim /etc/default/grub

GRUB_DEFAULT="Advanced options for Ubuntu>Ubuntu, with Linux 5.15.151-xenomai"

GRUB_TIMEOUT=5

sudo update-grub

3.5 编译遇到的问题

1. canonical-certs.pem

问题描述

make[1]: *** No rule to make target 'debian/canonical-certs.pem', needed by 'certs/x509_certificate_list'. Stop.
make: *** [Makefile:1868: certs] Error 2

解决问题

vim .config

从.config文件找到如下两行:

CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="debian/canonical-certs.pem"

CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS="debian/canonical-revoked-certs.pem"

并将其修改成:

CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS=""
CONFIG_SYSTEM_REVOCATION_KEYS=""

四. 增强实时性

4.1 优化内核参数

sudo vim /etc/default/grub

修改GRUB_CMDLINE_LINUX:

GRUB_CMDLINE_LINUX="audit=0 isolcpus=0 xenomai.supported_cpus=0x01 nohz_full=0 rcu_nocbs=0 irqaffinity=1,2,3 rcu_nocb_poll=1024 rcupdate.rcu_cpu_stall_suppress=1 acpi_irq_nobalance numa_balancing=disable cpufreq.off=1 nosmap nosmt  nohalt  noirqbalance hugepages=1024  i915.enable_rc6=0 i915.enable_dc=0 i915.disable_power_well=0  i915.enable_execlists=0  nmi_watchdog=0 nosoftlockup processor.max_cstate=0 intel.max_cstate=0 processor_idle.max_cstate=0 intel_idle.max_cstate=0 clocksource=tsc tsc=reliable nmi_watchdog=0 nosoftlockup intel_pstate=disable idle=poll mce=ignore_ce hpet=disable clocksource=tsc tsc=reliable nohz=off"

还有一些其他的内核参数也可以加上:

xenomai.smi_mask=1 xenomai.smi=detect

4.2 优化BIOS

BISO选项	设置	选项作用
Boot performance mode	Max Non-turbo Performance	可以使CPU运行在固定的始终频率下面，从而提供更稳定、更可预测的结果
Intel SpeedStep	disable	是一个动态电源管理技术，也是一种节能技术，在禁用的情况下，CPU会按照最高频率和电压运行，避免CPU降频对实时性的影响
Intel Speed Shift Technology	disable	是一种动态调整CPU频率和电压的技术，目的是提供更快的响应时间和更高的性能效率，可以根据负载的变化动态调整CPU频率和电压，对于实时性来说，开启后会引入更多不确定性
C-States	disable	CPU节能技术，运行在CPU空闲或者低负载的情况下，降低功耗
Gfs RC6	disable	一种Intel的节能技术，可以降低图形核心的电源消耗，从而减少整个系统的功耗。如果在实时性操作中需要使用到图形，可以将这个功能禁用
GPU Frequency	300MHZ	是图形处理器的工作频率，在实时操作系统中，这个频率过高会影响系统响应时间的不确定性和抖动。
Intel VMX	disable	虚拟化技术，对于实时系统来说关闭虚拟化配置可以避免资源抢占，从而优化实时系统的性能
VT-d	disable	虚拟化技术，对于实时系统来说关闭虚拟化配置可以避免资源抢占，从而优化实时系统的性能
PCI Express Clock Gating	disable	关闭PCIe的时钟，降低系统开销
DMI Link ASPM Control	disable	控制计算机主板上DMI电源的管理技术，达到节能降温效果
SATA Aggressive LPM Support	disable	一种SATA硬件设备电源管理技术，通过降低设备在空闲时的电源消耗，达到节能和降温的效果。为了保证SATA技术在实时任务中的活跃状态，我们将其关闭
ACPI Sleep State	Suspend Disabled	一种电源管理技术，用于控制计算机在空闲时进入休眠状态，以节约电源和延长硬件寿命
Native ASPM	disable	也是一种电源管理技术，这里也关闭，避免设备进入休眠状态
PCH Cross Throttling	disable	用于控制系统中多个设备共享PCIe根节点时的分配分配，当多个设备同时向根节点发送数据的时候，PCH Cross Throttling可以通过降低每个设备的带宽，来保证整体带宽的均衡分配，避免任何一个设备的带宽占用过度。
SA GV	Fixed High	在Intel处理器中将System Agent的电压固定在一个高水平上，SA控制Intel处理器中的处理器内存、控制器和IO，设置为Fixed High有助于提升内存处理器的性能和稳定性，避免低压对实时性产生的影响
DVMT pre-Allocated	64M	用于在启动时为显存预先分配一定的内存空间，以提升显卡的性能和稳定性，如果配置的过高，会导致系统内存资源不足，从而导致实时任务拿到的内存资源不足，影响实时任务
Enable Hibernation	disable	关闭休眠模式
USB Legacy Support	disable	关闭对旧USB系统的支持，如果实时任务中没有用到，则可以关闭来减少资源浪费
HD Audio	disable	这是一个用于提供高质量的数字音频体验，如果实时任务中没有用到，则可以关闭减少带宽和处理器资源的浪费
ACPI D3Cold Support	disable	是一种将整个系统进入一种低功耗状态的技术，降低能源消耗和设备寿命
Low Power S0 idle Capability	disable	也是一种低功耗的技术，直接关闭
Page Close idle Timeout	disable	是内核中用于节能的一种机制，当系统空闲时，关闭不使用的页面，从而节省能源并提高系统启动时的性能。这个机制需要定期扫描页面，关闭不使用的页面，所以会占用系统资源

五. 注意

Nvidia/Ati Drivers are NOT supported (creates a lot of interruptions that breaks the real-time constraints). Please consider removing the dedicated graphic card and use the integrated graphics (Intel HD graphics).

有利于提高xenomai/PREEMPT-RT 实时性的一些配置建议

实时性优化的一些参数设置