linux和多核系统实时周期任务(< 1ms)的最佳实践
linux和多核系统实时周期任务(< 1ms)的最佳实践
提问于 2022-08-21 05:28:03
我用Linux作为操作系统的四核嵌入式计算机来控制机器人系统.
这个项目基本上是用C++编写的多线程单进程程序.
以下是一些背景和要求；
- 的一些任务(信号处理和硬件通信)需要一些严格的“实时”操作。运行周期为500 is或1000 is (configurable)
- The计数器，即所谓的“硬实时HW”(有指定DSP的一个)
- 偶尔缺失1~2个周期(可能是由于抖动)，偶尔会导致系统operation.
- Missing 3~9周期几乎不明显的下降，偶尔会导致系统性能相当明显的下降，但fatal.
- Missing >10周期至少会导致整个系统停止，并被认为是致命的主要malfunction.
。
我心目中的解决办法是下面的组合。
threads'.
- Set
- 将“实时操作”所需的所有功能都放在一个线程中，并使其成为“实时线程”.
- 将其他函数放在一个或两个线程中，并使其“实时线程的非实时
-
sched_priority”约为95.
- 通过操纵所有默认linux服务的CPU亲和力以使用‘实时内核’和设置‘实时线程’的线程CPU亲缘关系来进行实时操作。要使用空闲的实时内核(使关键任务得到最小的interference).
- Inter-thread通信)，将使用
std::atomic变量进行内存顺序、release和acquire，但最小化。
。
这是申请的好做法吗？还有其他更稳定运作的做法吗？
回答 1
Stack Overflow用户
发布于 2022-08-24 13:47:52
如果您需要您的1ms周期进程具有非常低的抖动，您就不能完全依赖系统定时器。不管是不是，抖动都会很大。
唯一合理的方法是做以下工作(这是机器人技术和低延迟财务应用的典型方法)：
将一个中央处理器核心(isolcpus=...)
- Build内核隔离为具有NOHZ_FULL支持的nohz_full内核，为隔离的CPU核心
- 配置rcu_nocbs设置nohz_full。
- 使用
sched_setaffinity(...)将您的进程绑定到所选的独立CPU
- --使用
sched_setscheduler(...)为该进程设置SCHED_FIFO策略(或任何其他实时调度策略)，它将告诉内核实际重新划分此核心的NOHZ_FULL设置)。
- 您必须只有一个进程运行在该核心
- 上，在该实时进程中不使用任何系统调用，系统调用会导致上下文切换，这是您必须不惜一切代价避免的。
- 使用繁忙的等待旋转，您需要等待一个偶数或一段时间。不要使用系统调用来睡觉。您的CPU负载必须始终保持在100%的
- 上，使用实时进程和非实时支持
- 之间的无锁通信，同时要考虑到DDR延迟
- ，确保您在实时进程循环中所做的一切都在此1ms超时之前终止。
。
这样，您将有一个亚微秒抖动，只要您的系统中的其他核心或设备不阻塞总线太多。
请记住，这个过程中的I/O必须完全在用户空间中。您应该尽量避免使用系统调用来与外围设备对话。在某些情况下，您可以直接写入设备的控制寄存器，并使用DMA将数据从它们中提取出来(也就是说，只需将驱动程序功能从内核转移到用户空间即可)。如果您的外围设备依赖于中断，则会更复杂。一个理想的实现是如果您使用的是FPGA SoC (如Xilinx UltraScale+或Intel Cyclone等)--您可以实现您自己的I/O外围设备，这些外围设备仅通过寄存器和DMA进行通信，并且不需要中断。
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