開發(fā)板簡介

創(chuàng)龍科技 TL3562-EVM-B 是一款基于瑞芯微 RK3562J/RK3562 處理器設(shè)計(jì)的四核 ARMCortex-A53 +單核 ARM Cortex-M0 國產(chǎn)工業(yè)評估板，主頻高達(dá) 2.0GHz。評估板由核心板和評估底板組成，核心板 CPU、ROM、RAM、電源、晶振、連接器等所有元器件均采用國產(chǎn)工業(yè)級(jí)方案，國產(chǎn)化率 100%。評估底板大部分元器件亦采用國產(chǎn)工業(yè)級(jí)方案，國產(chǎn)化率約 99%(按元器件數(shù)量占比，數(shù)據(jù)僅供參考)。核心板經(jīng)過專業(yè)的PCBLayout 和高低溫測試驗(yàn)證，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，可滿足各種工業(yè)應(yīng)用環(huán)境要求。

評估板硬件資源圖解1

評估板硬件資源圖解2

前言

本文檔主要通過Cyclictest延遲檢測工具，以及基于Linux-RT的應(yīng)用程序評估Linux-RT系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，適用開發(fā)環(huán)境如下：

Windows開發(fā)環(huán)境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Linux開發(fā)環(huán)境：VMware16.2.5、Ubuntu20.04.6 64bit

U-Boot：U-Boot-2017.09

Kernel：Linux-5.10.209、Linux-RT-5.10.209

LinuxSDK：rk3562-buildroot-2021.11-sdk-[版本號(hào)]（基于rk3562_linux_release_v1.2.0_20240620）

我司默認(rèn)使用的是Linux內(nèi)核，同時(shí)提供了Linux-RT內(nèi)核位于產(chǎn)品資料“4-軟件資料LinuxKernelimagelinux-5.10.209-[版本號(hào)]-[Git系列號(hào)]”目錄下，版本號(hào)、Git序列號(hào)以實(shí)際情況為準(zhǔn)。請按照如下方法替換為Linux-RT內(nèi)核。

請將boot-rt.img鏡像拷貝至評估板文件系統(tǒng)任意目錄下。執(zhí)行如下命令，替換內(nèi)核鏡像至Linux系統(tǒng)啟動(dòng)卡，評估板重啟生效。

備注："/dev/mmcblk1p3"為Linux系統(tǒng)啟動(dòng)卡對應(yīng)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，如需固化至eMMC，請將設(shè)備節(jié)點(diǎn)修改為"/dev/mmcblk0p3"。

Target# dd if=boot-rt.img of=/dev/mmcblk1p3conv=fsync

Target# sync

Target# reboot

圖 1

圖 2?Linux-RT內(nèi)核

我司提供的Linux-RT內(nèi)核與Linux內(nèi)核測試方法一致，請參考《評估板測試手冊》或《物聯(lián)網(wǎng)模塊開發(fā)案例》進(jìn)行測試即可，Linux-RT內(nèi)核支持的外設(shè)接口如下表所示。

我司提供的Linux-RT內(nèi)核應(yīng)用了開源的RT PREEMPT機(jī)制進(jìn)行補(bǔ)丁。PREEMPT_RT補(bǔ)丁的關(guān)鍵是最小化不可搶占的內(nèi)核代碼量，同時(shí)最小化必須更改的代碼量，以便提供這種附加的可搶占性。Linux-RT內(nèi)核增加PREEMPT_RT補(bǔ)丁后，增加了系統(tǒng)響應(yīng)的確定性和實(shí)時(shí)性，但是代價(jià)是CPU性能降低。

Linux-RT內(nèi)核與普通Linux內(nèi)核相比，幾個(gè)主要的相同之處是：

具有相同的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，包括相同工具鏈、文件系統(tǒng)和安裝方法，以及相同的POSIX API等。

仍然存在內(nèi)核空間和用戶空間的劃分。

Linux應(yīng)用程序在用戶空間中運(yùn)行。

Linux-RT內(nèi)核與普通Linux內(nèi)核在常規(guī)編程方式上的幾個(gè)主要不同之處是：

調(diào)度策略。

優(yōu)先級(jí)和內(nèi)存控制。

基于Linux-RT內(nèi)核的應(yīng)用程序使用了調(diào)度策略后，系統(tǒng)將根據(jù)調(diào)度策略對其進(jìn)行調(diào)優(yōu)。

Linux系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測試

本章節(jié)主要介紹使用Cyclictest延遲檢測工具測試Linux系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的方法。Cyclictest是rt-tests測試套件下的一個(gè)測試工具，也是rt-tests下使用最廣泛的測試工具，一般主要用來測試內(nèi)核的延遲，從而判斷內(nèi)核的實(shí)時(shí)性。

Cyclictest常用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的基準(zhǔn)測試，是評估實(shí)時(shí)系統(tǒng)相對性能的最常用工具之一。Cyclictest反復(fù)測量并精確統(tǒng)計(jì)線程的實(shí)際喚醒時(shí)間，以提供有關(guān)系統(tǒng)的延遲信息。它可測量由硬件、固件和操作系統(tǒng)引起的實(shí)時(shí)系統(tǒng)的延遲。

為了測量延遲，Cyclictest運(yùn)行一個(gè)非實(shí)時(shí)主線程（調(diào)度類SCHED_OTHER），該線程以定義的實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)（調(diào)度類SCHED_FIFO）啟動(dòng)定義數(shù)量的測量線程。測量線程周期性地被一個(gè)到期的計(jì)時(shí)器（循環(huán)報(bào)警）所定義的間隔喚醒，隨后計(jì)算有效喚醒時(shí)間，并通過共享內(nèi)存將其傳遞給主線程。主線程統(tǒng)計(jì)延遲值并打印最小、最大和平均延遲時(shí)間。

參考鏈接：https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/howto/tools/cyclictest/start?s[]=cyclictest。

Linux-RT性能測試

本次測試分別在CPU空載、滿負(fù)荷（運(yùn)行stress壓力測試工具）、隔離CPU核心的情況下，對比評估Linux-RT內(nèi)核的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。

CPU空載狀態(tài)

評估板上電啟動(dòng)，進(jìn)入評估板文件系統(tǒng)執(zhí)行如下命令，修改內(nèi)核printk日志等級(jí)，避免內(nèi)核打印信息影響實(shí)時(shí)測試。

Target# echo 1 > /proc/sys/kernel/printk

調(diào)整內(nèi)存分配策略為“2”，禁用內(nèi)存過度使用。避免出現(xiàn)OOM(Out-of-Memory) Killer攻擊某些進(jìn)程而產(chǎn)生延遲，影響測試結(jié)果。

備注：執(zhí)行如下命令將會(huì)改變內(nèi)存分配方式，若使用DDR容量為1GByte的評估板，請勿執(zhí)行該命令。

Target# echo 2 > /proc/sys/vm/overcommit_memory

圖 3

執(zhí)行如下命令，基于CPU空載狀況下測試系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。測試指令需運(yùn)行12小時(shí)，請保持評估板長時(shí)間穩(wěn)定工作，測試完成后將生成統(tǒng)計(jì)結(jié)果no_load_output文件。

Target# cyclictest -m -Sp99 -i1000 -h800 -D12h -q>no_load_output

圖 4

參數(shù)解析：

-m：鎖定當(dāng)前和將來的內(nèi)存分配；

-S：采用標(biāo)準(zhǔn)SMP測試；

-p：設(shè)置線程優(yōu)先級(jí)；

-i：設(shè)置線程的基本間隔；

-h：運(yùn)行后將延遲直方圖轉(zhuǎn)儲(chǔ)至標(biāo)準(zhǔn)輸出，亦可指定要跟蹤的最大延時(shí)時(shí)間（以微秒為單位）；

-D：指定測試運(yùn)行時(shí)長，附加m（分鐘）、h（小時(shí)）、d（天）指定；

-q：運(yùn)行時(shí)不打印相關(guān)信息。

CPU滿負(fù)荷狀態(tài)

評估板上電啟動(dòng)，進(jìn)入評估板文件系統(tǒng)執(zhí)行如下命令，修改內(nèi)核printk日志等級(jí)，避免內(nèi)核打印信息影響實(shí)時(shí)測試。

Target# echo 1 > /proc/sys/kernel/printk

調(diào)整內(nèi)存分配策略為“2”，禁用內(nèi)存過度使用。避免出現(xiàn)OOM(Out-of-Memory) Killer攻擊某些進(jìn)程而產(chǎn)生延遲，影響測試結(jié)果。

備注：執(zhí)行如下命令將會(huì)改變內(nèi)存分配方式，若使用DDR容量為1GByte的評估板，請勿執(zhí)行該命令。

Target# echo 2 > /proc/sys/vm/overcommit_memory

圖 5

執(zhí)行如下命令，運(yùn)行stress壓力測試工具，使得CPU處于滿負(fù)荷狀態(tài)。再使用Cyclictest工具測試CPU滿負(fù)荷狀態(tài)下的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能。測試指令需運(yùn)行12小時(shí)，請保持評估板長時(shí)間穩(wěn)定工作，測試完成后將生成統(tǒng)計(jì)結(jié)果overload_output文件。

Target# stress-ng --cpu 4--cpu-method=all --io 4--vm 4 --vm-bytes 64M --timeout 43200s &

Target# cyclictest -m -Sp99 -i1000 -h800 -D12h -q > overload_output

圖 6

參數(shù)解析：

--cpu：指定壓力測試的進(jìn)程個(gè)數(shù)；

--cpu-method：指定CPU壓力測試的方式；

--io：指定I/O測試的進(jìn)程個(gè)數(shù)；

--vm：指定內(nèi)存測試的進(jìn)程個(gè)數(shù)；

--vm-bytes：指定每個(gè)內(nèi)存測試進(jìn)程中分配內(nèi)存的大?。?/p>

--timeout：指定測試時(shí)長。

隔離CPU核心狀態(tài)

本次測試以隔離CPU3核心為例，通過降低系統(tǒng)上所運(yùn)行的其他進(jìn)程對隔離CPU3產(chǎn)生的延遲影響，確保CPU3進(jìn)程的正常運(yùn)行，進(jìn)而評估Linux-RT內(nèi)核的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。

將評估板斷電，長按"Ctrl + C"按鍵并啟動(dòng)評估板，進(jìn)入U(xiǎn)-Boot命令行模式后松開按鍵，執(zhí)行如下命令，修改環(huán)境變量，隔離CPU3核心。

備注：如從eMMC啟動(dòng)，請將命令中的"sd"修改為"emmc"。

U-Boot# setenv bootargs storagemedia=sd androidboot.storagemedia=sd androidboot.mode=normal isolcpus=3

U-Boot# saveenv

U-Boot# reset

圖 7

評估板重啟后，執(zhí)行如下命令，查看環(huán)境變量。

Target# cat /proc/cmdline

圖 8

進(jìn)入評估板文件系統(tǒng)，執(zhí)行如下命令，修改內(nèi)核printk日志等級(jí)，避免內(nèi)核打印信息影響實(shí)時(shí)測試。

Target# echo 1 > /proc/sys/kernel/printk

調(diào)整內(nèi)存分配策略為“2”，禁用內(nèi)存過度使用。避免出現(xiàn)OOM(Out-of-Memory) Killer攻擊某些進(jìn)程而產(chǎn)生延遲，影響測試結(jié)果。

備注：執(zhí)行如下命令將會(huì)改變內(nèi)存分配方式，若使用DDR容量為1GByte的評估板，請勿執(zhí)行該命令。

Target# echo 2 > /proc/sys/vm/overcommit_memory

圖 9

執(zhí)行如下命令，運(yùn)行stress壓力測試工具，使得CPU處于滿負(fù)荷狀態(tài)。再使用taskset工具將Cyclictest測試程序運(yùn)行在CPU3核心，測試CPU3核心滿負(fù)荷狀態(tài)下的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能。測試指令需運(yùn)行12小時(shí)，請保持評估板長時(shí)間穩(wěn)定工作，測試完成后將生成統(tǒng)計(jì)結(jié)果iso_overload_output文件。

Target# stress-ng --cpu 4--cpu-method=all --io 4--vm 4 --vm-bytes 64M --timeout 43200s &

Target# taskset -c 0-3 cyclictest -m -Sp99 -i1000 -h800 -D12h -q > iso_overload_output

圖 10

統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

我司已提供腳本文件get_histogram.sh用于繪制統(tǒng)計(jì)結(jié)果直方圖，位于產(chǎn)品資料“4-軟件資料Demort-linux-demoscyclictestbin”目錄下，請將該腳本文件拷貝至Ubuntu工作目錄下。

圖 11

在Ubuntu系統(tǒng)執(zhí)行如下命令，安裝gnuplot工具。

Host# sudo apt-get -yinstall gnuplot

圖 12

CPU空載狀態(tài)

請將CPU空載狀態(tài)下的統(tǒng)計(jì)結(jié)果no_load_output文件拷貝至Windows工作目錄，使用Windows文本工具打開該文件并拖動(dòng)至文件末尾，可查看Linux系統(tǒng)每個(gè)核心(CPU0~CPU3)的最小延遲(MinLatencies)、平均延遲(AvgLatencies)、最大延遲(MaxLatencies)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖 13

請將CPU空載狀態(tài)下的統(tǒng)計(jì)結(jié)果no_load_output文件拷貝至Ubuntu，存放在get_histogram.sh同一目錄下。執(zhí)行如下命令修改文件名為"output"。

Host# cp no_load_outputoutput

圖 14

執(zhí)行如下命令生成直方圖文件plot.png，請將其拷貝至Windows下并打開。

Host# ./get_histogram.sh

圖 15

圖 16

根據(jù)測試結(jié)果output文件數(shù)據(jù)以及結(jié)合直方圖，可得主要數(shù)據(jù)如下表。本次測試中，CPU0核心Max Latencies值最大，為119us，CPU1核心的Max Latencies值最小，為42us。

備注：測試數(shù)據(jù)與實(shí)際測試環(huán)境有關(guān)，僅供參考。

CPU滿負(fù)荷狀態(tài)

參考如上方法，分析CPU滿負(fù)荷狀態(tài)下的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下所示。本次測試中，CPU0核心Max Latencies值最大，為215us，CPU1核心的Max Latencies值最小，為141us。

圖 17

隔離CPU核心狀態(tài)

參考如上方法，分析隔離CPU核心狀態(tài)下的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下所示。本次測試中，CPU1核心Max Latencies值最大，為232us，隔離CPU3核心的Max Latencies值最小，為33us。

圖 18

根據(jù)CPU滿負(fù)荷、隔離CPU核心狀態(tài)的測試結(jié)果可知：當(dāng)程序指定至隔離的CPU3核心上運(yùn)行時(shí)，Linux系統(tǒng)延遲最低，可有效提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。故推薦對實(shí)時(shí)性要求較高的程序（功能）指定至隔離的CPU核心運(yùn)行。

rt_gpio_ctrl案例

案例說明

通過創(chuàng)建一個(gè)基本的實(shí)時(shí)線程，在線程內(nèi)觸發(fā)LED的電平翻轉(zhuǎn)，同時(shí)程序統(tǒng)計(jì)實(shí)時(shí)線程的調(diào)度延時(shí)，并通過示波器測出LED電平兩次翻轉(zhuǎn)的時(shí)間間隔。由于程序默認(rèn)以最高優(yōu)先級(jí)運(yùn)行，為避免CPU資源被程序完全占用導(dǎo)致系統(tǒng)被掛起，因此在程序中增加100us的延時(shí)。程序原理大致如下：

在Linux-RT內(nèi)核上創(chuàng)建、使用實(shí)時(shí)線程。

實(shí)時(shí)線程中，計(jì)算出觸發(fā)LED電平翻轉(zhuǎn)的系統(tǒng)調(diào)度延時(shí)。

案例測試

本小節(jié)測試以隔離CPU3核心為例，通過降低系統(tǒng)上所運(yùn)行的其他進(jìn)程對隔離CPU3產(chǎn)生的延遲影響，確保CPU3進(jìn)程的正常運(yùn)行，進(jìn)而評估Linux-RT內(nèi)核的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。

將評估板斷電，長按"Ctrl + C"按鍵并啟動(dòng)評估板，進(jìn)入U(xiǎn)-Boot命令行模式后松開按鍵，執(zhí)行如下命令，修改環(huán)境變量，隔離CPU3核心。

備注：如從eMMC啟動(dòng)，請將命令中的"sd"修改為"emmc"。

U-Boot# setenv bootargs "storagemedia=sdandroidboot.storagemedia=sdandroidboot.mode=normal isolcpus=3"

U-Boot# saveenv

U-Boot# reset

圖 19

圖 20

將案例bin目錄下的可執(zhí)行文件拷貝至評估板文件系統(tǒng)，并執(zhí)行如下命令運(yùn)行測試程序，再按"Ctrl + C"退出測試，串口終端將打印程序統(tǒng)計(jì)的延遲數(shù)據(jù)，如下圖所示。

Target# sysctl kernel.sched_rt_runtime_us=-1

Target# taskset -c 3 ./rt_gpio_ctrl100

圖 21

同時(shí)使用示波器捕捉LED兩次電平翻轉(zhuǎn)之間的間隔，即可得到線程調(diào)度的延遲，測試點(diǎn)為R50電阻一端。

圖 22

本次測得電平翻轉(zhuǎn)周期為?x=113us，如下圖所示。由于程序中增加了100us的時(shí)間延時(shí)，因此實(shí)際延時(shí)應(yīng)為：113us -100us = 13us，與程序統(tǒng)計(jì)打印的Latency results平均值13us相近。

圖 23

案例編譯

將產(chǎn)品資料“4-軟件資料Demort-linux-demosrt_gpio_ctrlsrc”案例源碼拷貝至Ubuntu。進(jìn)入案例源碼目錄，執(zhí)行如下命令，編譯案例生成可執(zhí)行文件。

Host# source /home/tronlong/RK3562/rk3562-buildroot-2021.11-sdk-v1.0/buildroot/output/rockchip_rk3562/host/environment-setup

Host# make

圖 24

關(guān)鍵代碼說明

創(chuàng)建實(shí)時(shí)任務(wù)，具體操作包括內(nèi)存鎖定、線程堆棧內(nèi)存設(shè)置、調(diào)度策略和優(yōu)先級(jí)配置等。

圖 25

在線程中打開LED文件節(jié)點(diǎn)，并對LED狀態(tài)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。

圖 26

統(tǒng)計(jì)調(diào)度時(shí)間延時(shí)情況。

圖 27

?由于篇幅過長等原因，部分內(nèi)容均不逐一展示，如需獲取完整版詳細(xì)資料，請關(guān)注創(chuàng)龍科技微信公眾號(hào)或官網(wǎng)，或者評論區(qū)留言，感謝您的支持！

審核編輯 黃宇