如何安排具有绝对开始时间的实时任务？

Question

对于 TSN 感知通信协议栈和框架，我不仅需要能够以非常精确的间隔运行执行实时线程，而且还需要从从 ptpd 中扣除的精确时隙开始。

目前，我通过延迟/放弃任务直到开始时间来做到这一点。对于我的 TSN 通信的 PoC，这已经足够了，但是对于 Linux 实时扩展，必须有更好/更有效的方法。两个 Beaglebones 之间引入的抖动约为 800us（运行 Linux 4.14.71-ti-r80 #1 SMP PREEMPT）。

使用循环 pthread，我同步了网络生产者任务的开始（注意：vos_ 前缀表示我的 OS 抽象方法，实际上匹配 POSIX 调用）：

for (;; )
{
    /* Synchronize with starttime */
    vos_getTime(&now);                      /* get initial time */
    vos_subTime(&now, &startTime);

    /* Wait for multiples of interval */

    execTime = ((UINT32)now.tv_usec % interval);
    waitingTime = interval - execTime;
    if (waitingTime >= interval)
    {
        ...error checks omitted
    }

    /* Idle for the difference */
    vos_threadDelay(waitingTime); /* pthread_testcancel() inside */

    vos_getTime(&priorCall);  /* get initial time */
    pFunction(pArguments);    /* thread function: send data */
    vos_getTime(&afterCall);  /* get time after function has returned */

    /* get the runtime of pFunction() */
    vos_subTime(&afterCall, &priorCall);

    /* afterCall holds now the time difference... */
    if (afterCall.tv_sec <= MAXSEC_FOR_USECPRESENTATION)
    {
        ...runtime / error handling omitted
    }
}

上面的代码在 5ms 的间隔时间产生了大约 800us 的抖动（使用 Linux 4.14 没有 RT-extension 和 policy Round-Robin），这是相当好的 - 但当涉及多个时无效线程都在执行预定的流量...

使用 Linux 4.1.15-ti-rt-r43 #1 SMP PREEMPT RT，我打算使用 SCHED_DEADLINE 作为策略，但结构 sched_attr 没有提供任何开始-时间参数。那么不需要上面代码中的运行时检查。但是：

我怎样才能有效地使用 Linux 的实时扩展在精确的绝对时间有一个线程运行，例如从绝对实时开始每 1 毫秒 'now' + 0.0075s（例如 now.0085、now.0095、now.0105 ...），没有上面代码的开销？

Answer 1

clock_nanosleep()POSIX函数有绝对截止时间模式：

#define NSEC_PER_SEC 1000000000
/* Initial delay, 7.5ms */
const long start_delay_ns = 7500000;
/* Cycle time, 1ms */
const long cycle_time_ns = 1000000;
struct timespec deadline;

clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &deadline);
deadline.tv_nsec += start_delay_ns;
deadline.tv_sec += deadline.tv_nsec / NSEC_PER_SEC;
deadline.tv_nsec %= NSEC_PER_SEC;

for (;;)
{
    struct timespec now;

    /* Sleep until deadline */
    while (clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, TIMER_ABSTIME, &deadline, NULL) != 0)
        if (errno != EINTR)
            return; /* error handling here */

    pFunction(pArguments);    /* thread function: send data */

    /* Calculate next deadline */
    deadline.tv_nsec += cycle_time_ns;
    deadline.tv_sec += deadline.tv_nsec / NSEC_PER_SEC;
    deadline.tv_nsec %= NSEC_PER_SEC;

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &now);
    if (now.tv_sec > deadline.tv_sec || (now.tv_sec == deadline.tv_sec && deadline.tv_nsec > now.tv_nsec))
        return; /* time overrun error handling here */
}

如何安排具有绝对开始时间的实时任务？

How to schedule a real-time task with absolute start time?

pthreads

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linux-rt