软实时系统介绍¶

本章主要介绍openEuler Embedded软实时系统的特性说明，构建方式和性能测试。

软实时特性介绍¶

实时性简介

实时的诉求通常是事件的响应时间不能超过规定的期限，一个事件的最大响应时间应该是确定的、可以预测的。

PREEMPT_RT补丁简介

PREEMPT_RT补丁（以下简称RT补丁）可直接打在内核源码上，并通过内核配置选项 CONFIG_PREEMPT_RT=y 使能软实时功能。RT补丁实现的核心在于最小化内核中不可抢占部分的代码，从而使高优先级任务就绪时能及时抢占低优先级任务，减少切换时延。除此之外，补丁通过多种降低时延的措施，对锁、驱动等模块也进行了优化。

补丁关键功能举例

增加中断程序的可抢占性（中断线程化、软中断线程化）

增加临界区的可抢占性（如自旋锁）

增加关中断代码的可抢占性

解决优先级反转问题（优先级继承）

软实时镜像构建指导¶

具体下载源码和编译流程建议参考：容器环境下的快速构建指导

构建RT镜像可以使用 oe_helper.sh ，示例如下：

# 进入构建脚本所在路径
$ cd /usr1/openeuler/src/yocto-meta-openeuler/scripts/

# 通过 oe_helper.sh 进行构建
$ source oe_helper.sh
Invalid input.
Usage:
download mode: source oe_helper.sh [-D] [-d DOWNLOAD_DIR] <-b BRANCH> <-m MANIFEST_FILE>
compile mode: source oe_helper.sh [-C] [-p PLATFORM] [-o BUILD_DIR] <-t TOOLCHAIN_DIR>  <-i INIT_MANAGER> <--enable-rt>
  [] -- need   <> -- Optional
-------------------------------------------------------
  -h                show this help and exit.
  -D                download mode:
  -d DOWNLOAD_DIR   [top/directory/to/put/your/code]
  -b BRANCH         [branch]
  -m MANIFEST_FILE  <manifest file path>
  -C                compile mode:
  -p PLATFORM       Supportted PLATFORM
                         aarch64-std
                         aarch64-pro
                         arm-std
                         x86-64-std
                         raspberrypi4-64
                         riscv64-std
  -o BUILD_DIR      Build dir:
                    <above dir of yocto-meta-openeuler >/build (defaut)
  -t TOOLCHAIN_DIR  External toolchain dir(absoulte path):
                        /usr1/openeuler/gcc/openeuler_gcc_arm64le (arm64 default)
                        /usr1/openeuler/gcc/openeuler_gcc_arm32le (arm32 default)
                        /usr1/openeuler/gcc/openeuler_gcc_x86_64 (x86_64 default)
  -i INIT_MANAGER   INIT_MANAGER suooprt:
                        busybox (defaut)
                        systemd
  --enable-rt       Enable PREEMPT_RT kernel

# 根据提示，-p 指定编译的目标镜像，并开启 --enable-rt 选项：
# 构建树莓派的RT镜像：
$ source oe_helper.sh -C -p raspberrypi4-64 -o /usr1/build --enable-rt

# 构建qemu RT镜像：
$ source oe_helper.sh -C -p aarch64-std -o /usr1/build --enable-rt

Note

openEuler Embedded 软实时特性当前不支持 arm32 架构

验证环境的软实时是否使能¶

查看系统是否有PREEMPT_RT字样：

输入示例：

uname -a

输出示例：

Linux openeuler 5.10.0-rt62-v8 #1 SMP PREEMPT_RT Fri Mar 25 03:58:22 UTC 2022 aarch64 GNU/Linux

软实时性能测试¶

软实时相关测试

参考 RT-Tests 指导进行软实时相关测试，用例包括但不限于：

cyclictest 时延性能测试
pi_stress 优先级继承测试
hackbench 负载构造工具

下面以cyclictest 时延性能测试为例进行说明。

cyclictest 时延性能测试

准备开发环境

参考安装SDK

sh openeuler-glibc-x86_64-openeuler-image-aarch64-qemu-aarch64-toolchain-22.03.sh

. /path/to/sdk/environment-setup-aarch64-openeuler-linux

编译用例

git clone https://git.kernel.org/pub/scm/utils/rt-tests/rt-tests.git

cd rt-tests

git checkout stable/v1.0

make all

执行用例

编译完成后生成二进制 cyclictest，传入单板环境后可查看执行cyclictest时可配置的参数：

./cyclictest --help

cyclictest有多种参数配置方法，用例具体的入参设计可参考：test-design

输入示例：

./cyclictest -p 90 -m -i 100 -n -h 100 -l 10000000

输出示例：

# /dev/cpu_dma_latency set to 0us
policy: fifo: loadavg: 2.32 1.99 1.58 1/95 311

T: 0 (  311) P:90 I:100 C:10000000 Min:      7 Act:    9 Avg:    8 Max:      16

即用例循环1000万次后，平均时延为8us，最坏时延为16us（该数据仅为示例，具体以环境实测为准）。

Attention

如果树莓派4B的空载情况下，平均时延较差（如超过20us），可查看使用的树莓派固件是否将CPU频率配置为了节能模式，并根据需要将CPU频率配置为最高运行频率。如无cpufreq相关接口，则不涉及。

输入示例：

cat /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

输出示例：

powersave

如上结果表示CPU频率为节能模式。

配置CPU最高运行频率，输入示例：

echo performance > /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor