【Linux系统满足产品实时性需求】

原创已于 2023-10-26 09:49:08 修改 · 534 阅读

1 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#linux #linux实时

于 2023-10-07 16:57:27 首次发布

本文探讨了如何在Linux系统中保证应用和驱动的实时性，涉及rt_preempt补丁、SCHED_DEADLINE调度策略、驱动使用工作队列、系统接口共享内存等方面，以降低CPU负载并避免系统性能问题。

一、背景：

应用实时性：应用程序1以固定周期执行实时算法；

应用程序2以固定周期，执行串口收发；

驱动实时性：驱动sdio接口，实现与FPGA数据交互，实现串口数据收发。

二、实时性保证：

1、linux系统：

打上rt_preempt补丁，早起的内核版本支持CONFIG_RT_BASE内核配置，后来的内核版本直接去掉了，只存在CONFIG_RT_FULL内核配置；前者表示只把中断函数线程化，后者表示原子锁互斥化+中断函数线程化。

被线程化的中断函数，使用一个内核线程来实现中断下半部处理，调度策略为RR，优先级为50。

2、linux驱动：

sdio以工作队列方式发起sdio请求，工作队列选取hi优先级，绑定固定core3；并且通过bootargs参数中增加isolate=8方式隔离core3。然后通过中断和workqueue绑定到core3，以保证底层的数据收发不被应用干扰。

3、linux应用：

deadline调度策略，保证应用程序的实时调度。

sysctl -w kernel.sched_rt_runtime_us=-1

#include <linux/sched.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sched.h>
#include <linux/sched.h>
#include <sys/types.h>


struct sched_attr {
    uint32_t size;

    uint32_t sched_policy;
    uint64_t sched_flags;

    /* SCHED_NORMAL, SCHED_BATCH */
    int32_t sched_nice;

    /* SCHED_FIFO, SCHED_RR */
    uint32_t sched_priority;

    /* SCHED_DEADLINE (nsec) */
    uint64_t sched_runtime;
    uint64_t sched_deadline;
    uint64_t sched_period;
};

int sched_setattr(pid_t pid, const struct sched_attr *attr, unsigned int flags)
{
   return syscall(__NR_sched_setattr, pid, attr, flags);
}

pthread1_main()
{
	struct sched_attr attr;
	attr.size = sizeof(attr);
    attr.sched_flags = 0;
    attr.sched_nice = 0;
    attr.sched_priority = 0;

	/* This creates a 300us/500us reservation */
    attr.sched_policy = SCHED_DEADLINE;
    attr.sched_runtime = 300 * 1000;
    attr.sched_period = attr.sched_deadline = 500 * 1000;
	tid = syscall(SYS_gettid);
	ret = sched_setattr(tid, &attr, 0);
    if (ret != 0) 
	{
        perror("sched_setattr");
        printf("exit!\n");
        exit(-1);
    }
	while(1)
	{
		..........
        sched_yield();
	}
}

4、系统接口：

使用异步接口，mmap方式共享内核内存。

三、场景复杂性：

实时的应用程序占用CPU会比较高，特别是应用中的实时任务比较多，会占用CPU大概到60%左右，导致系统负载过大。基于RT_FULL的kernel_patch，甚至会导致cpu stall现象出现。