实测14us，Linux-RT实时性能及开发案例分享—基于全志T507-H国产平台

本文带来的是基于全志T507-H（硬件平台：创龙科技TLT507-EVM评估板），Linux-RT内核的硬件GPIO输入和输出实时性测试及应用开发案例的分享。本次演示的开发环境如下：

Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Linux开发环境：Ubuntu18.04.4 64bit

虚拟机：VMware16.2.5

U-Boot：U-Boot 2018

Kernel：Linux-RT-4.9.170

SDK：LinuxSDK-V2.0

GPIO: LED(PI13)、KEY3(PH4)

分享案例：rt_gpio_ctrl、rt_input案例

测试工具：示波器

测试数据汇总

基于全志T507-H（硬件平台：创龙科技TLT507-EVM评估板），按照创龙科技提供的案例用户手册进行操作，得出如下测试结果。

备注：测试数据与实际测试环境有关，仅供参考。

测试结果如下表所示：

表1 Linux-RT GPIO输入输出案例测试数据

	GPIO输入延时	系统延迟	GPIO输出延时	输入输出总延时
测试1	37us	9us	14us	60us
测试2	53us	9us	14us	76us
测试3	57us	9us	14us	80us
测试4	60us	9us	14us	83us

（1）GPIO输入延时：通过使用示波器测量按键事件触发LED电平翻转的实际耗时结合系统延时与GPIO输出延时得出数据；

（2）系统延迟：根据Linux-RT性能测试平均值得出数据；

（3）GPIO输出延时：通过使用示波器测量LED电平翻转的实际耗时得出数据。

图1

表 2 Linux-RT实时性测试数据

	Min Latencies （最小值）	Avg Latencies （平均值）	Max Latencies （最大值）
CPU空载状态	5us	7us	86us
CPU满负荷状态	5us	9us	88us
隔离CPU核心状态	5us	9us	38us(CPU3)

根据不隔离CPU核心、隔离CPU核心三种状态的测试结果可知：当程序指定至隔离的CPU3核心上运行时，Linux系统延迟最低，可有效提高系统实时性。故推荐对实时性要求较高的程序（功能）指定至T507-H隔离的CPU核心运行。

Linux-RT实时性测试

本次测试是使用Cyclictest延迟检测工具测试Linux系统实时性。Cyclictest是rt-tests测试套件下的测试工具，也是rt-tests下使用最广泛的测试工具，一般主要用来测试内核的延迟，从而判断内核的实时性。Cyclictest主要通过反复测量并精确统计线程的实际唤醒时间，以提供有关系统的延迟信息。它可测量由硬件、固件和操作系统引起的实时系统的延迟。

使用Cyclictest测试系统实时性

基于全志T507-H（硬件平台：创龙科技TLT507-EVM评估板），按照创龙科技提供的案例用户手册进行操作，使用Cyclictest程序测试系统实时性，得出如下测试结果。

图2 Linux-RT-4.9.170内核测试结果

图3 Linux-4.9.170内核测试结果

 

对比测试数据，可看到基于Linux-RT-4.9.170内核的系统的延时更加稳定，最大延时更低，系统实时性更佳。

T507-H核心板典型应用场景

图4 T507-H核心板典型应用领域

Linux-RT应用案例的分享

rt_gpio_ctrl案例

 

案例说明

通过创建一个基本的实时线程，在线程内触发LED的电平翻转，同时程序统计实时线程的调度延时，并通过示波器测出LED电平两次翻转的时间间隔。由于程序默认以最高优先级运行，为避免CPU资源被程序完全占用，导致系统被挂起，因此在程序中增加100us的延时。程序原理大致如下：

（1）在Linux-RT内核上创建、使用实时线程。

（2）实时线程中，计算出触发LED电平翻转的系统调度延时。

案例测试

将可执行文件拷贝至评估板文件系统，并执行如下命令运行测试程序，再按"Ctrl + C"退出测试，串口终端将打印程序统计的延时数据，如下图所示。

Target# ./rt_gpio_ctrl 100

图5

同时使用示波器捕捉LED两次电平翻转之间的间隔就对应上线程调度的延迟。算出电平两次翻转的时间间隔为∆x = 114us，如下图所示。由于程序中默认增加了100us的时间延时。因此，实际延时应为：114us-100us = 14us，与程序统计打印的Latency results平均值相近。

 

图6

rt_input案例

 

案例说明

通过创建一个基本的实时线程，在线程内打开input设备，并对按键事件进行监听，然后触发LED的电平翻转，再通过示波器测量按键触发到LED电平翻转期间的实际耗时。程序原理大致如下：

（1）在Linux-RT内核上创建、使用实时线程。

（2）实时线程中对打开的input设备节点进行按键事件监听，通过判断监听得到的按键事件来触发LED的电平翻转。

案例测试

将可执行文件拷贝至评估板文件系统，并执行如下命令运行测试程序，程序运行后按下KEY3用户按键点亮LED，松开按键后LED熄灭，再按"Ctrl + C"退出测试程序。

Target#./rt_input /dev/input/event8

图7

 

分别使用示波器探头1测量按键KEY3引脚1，使用示波器探头2测量LED。
从按键下降沿触发的开始（下图黄线）到LED上升沿触发的完成（下图蓝线）的时间间隔，即为系统实时捕获按键输入时间并响应触发LED电平翻转的时间∆x，从图中可看到∆x = 76us。

图8