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本文帶來的是基于全志T507-H（硬件平臺：創(chuàng)龍科技TLT507-EVM評估板），Linux-RT內(nèi)核的硬件GPIO輸入和輸出實時性測試及應(yīng)用開發(fā)案例的分享。本次演示的開發(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：Ubuntu18.04.4 64bit

虛擬機：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

測試工具：示波器

 

測試數(shù)據(jù)匯總

基于全志T507-H（硬件平臺：創(chuàng)龍科技TLT507-EVM評估板），按照創(chuàng)龍科技提供的案例用戶手冊進行操作，得出如下測試結(jié)果。

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

 

測試結(jié)果如下表所示：

表1 Linux-RT GPIO輸入輸出案例測試數(shù)據(jù)

	GPIO輸入延時	系統(tǒng)延遲	GPIO輸出延時	輸入輸出總延時
測試1	37us	9us	14us	60us
測試2	53us	9us	14us	76us
測試3	57us	9us	14us	80us
測試4	60us	9us	14us	83us

 

（1）GPIO輸入延時：通過使用示波器測量按鍵事件觸發(fā)LED電平翻轉(zhuǎn)的實際耗時結(jié)合系統(tǒng)延時與GPIO輸出延時得出數(shù)據(jù)；

（2）系統(tǒng)延遲：根據(jù)Linux-RT性能測試平均值得出數(shù)據(jù)；

（3）GPIO輸出延時：通過使用示波器測量LED電平翻轉(zhuǎn)的實際耗時得出數(shù)據(jù)。

圖1

 

 表 2 Linux-RT實時性測試數(shù)據(jù)

	Min Latencies （最小值）	Avg Latencies （平均值）	Max Latencies （最大值）
CPU空載狀態(tài)	5us	7us	86us
CPU滿負荷狀態(tài)	5us	9us	88us
隔離CPU核心狀態(tài)	5us	9us	38us(CPU3)

 

根據(jù)不隔離CPU核心、隔離CPU核心三種狀態(tài)的測試結(jié)果可知：當(dāng)程序指定至隔離的CPU3核心上運行時，Linux系統(tǒng)延遲最低，可有效提高系統(tǒng)實時性。故推薦對實時性要求較高的程序（功能）指定至T507-H隔離的CPU核心運行。

 

Linux-RT實時性測試

本次測試是使用Cyclictest延遲檢測工具測試Linux系統(tǒng)實時性。Cyclictest是rt-tests測試套件下的測試工具，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)核的實時性。Cyclictest主要通過反復(fù)測量并精確統(tǒng)計線程的實際喚醒時間，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)引起的實時系統(tǒng)的延遲。

 

使用Cyclictest測試系統(tǒng)實時性

基于全志T507-H（硬件平臺：創(chuàng)龍科技TLT507-EVM評估板），按照創(chuàng)龍科技提供的案例用戶手冊進行操作，使用Cyclictest程序測試系統(tǒng)實時性，得出如下測試結(jié)果。

圖2 Linux-RT-4.9.170內(nèi)核測試結(jié)果

圖3 Linux-4.9.170內(nèi)核測試結(jié)果

 

對比測試數(shù)據(jù)，可看到基于Linux-RT-4.9.170內(nèi)核的系統(tǒng)的延時更加穩(wěn)定，最大延時更低，系統(tǒng)實時性更佳。

T507-H核心板典型應(yīng)用場景

圖4 T507-H核心板典型應(yīng)用領(lǐng)域

 

Linux-RT應(yīng)用案例的分享

rt_gpio_ctrl案例

案例說明
 

通過創(chuàng)建一個基本的實時線程，在線程內(nèi)觸發(fā)LED的電平翻轉(zhuǎn)，同時程序統(tǒng)計實時線程的調(diào)度延時，并通過示波器測出LED電平兩次翻轉(zhuǎn)的時間間隔。由于程序默認以最高優(yōu)先級運行，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。程序原理大致如下：

（1）在Linux-RT內(nèi)核上創(chuàng)建、使用實時線程。

（2）實時線程中，計算出觸發(fā)LED電平翻轉(zhuǎn)的系統(tǒng)調(diào)度延時。

案例測試

將可執(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)計的延時數(shù)據(jù)，如下圖所示。

Target# ./rt_gpio_ctrl 100

圖5

同時使用示波器捕捉LED兩次電平翻轉(zhuǎn)之間的間隔就對應(yīng)上線程調(diào)度的延遲。算出電平兩次翻轉(zhuǎn)的時間間隔為?x = 114us，如下圖所示。由于程序中默認增加了100us的時間延時。因此，實際延時應(yīng)為：114us-100us = 14us，與程序統(tǒng)計打印的Latency results平均值相近。

 

圖6

 

rt_input案例

案例說明

 

通過創(chuàng)建一個基本的實時線程，在線程內(nèi)打開input設(shè)備，并對按鍵事件進行監(jiān)聽，然后觸發(fā)LED的電平翻轉(zhuǎn)，再通過示波器測量按鍵觸發(fā)到LED電平翻轉(zhuǎn)期間的實際耗時。程序原理大致如下：

（1）在Linux-RT內(nèi)核上創(chuàng)建、使用實時線程。

（2）實時線程中對打開的input設(shè)備節(jié)點進行按鍵事件監(jiān)聽，通過判斷監(jiān)聽得到的按鍵事件來觸發(fā)LED的電平翻轉(zhuǎn)。

 

案例測試

 

將可執(zhí)行文件拷貝至評估板文件系統(tǒng)，并執(zhí)行如下命令運行測試程序，程序運行后按下KEY3用戶按鍵點亮LED，松開按鍵后LED熄滅，再按"Ctrl + C"退出測試程序。

 

Target#./rt_input /dev/input/event8

 

圖7

分別使用示波器探頭1測量按鍵KEY3引腳1，使用示波器探頭2測量LED。

從按鍵下降沿觸發(fā)的開始（下圖黃線）到LED上升沿觸發(fā)的完成（下圖藍線）的時間間隔，即為系統(tǒng)實時捕獲按鍵輸入時間并響應(yīng)觸發(fā)LED電平翻轉(zhuǎn)的時間?x，從圖中可看到?x = 76us。 

圖8

 

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