如何提高linux的时钟精度,Linux时钟精度提高有什么办法?

2 动态高精度时钟设计和实现

动态高精度时钟设计方案借鉴了KURT-Linux思想,但与其不同的是提供一个与标准Linux核心时钟并行的具有精密刻度的实时时钟,并与原核心时钟区别开。采用X86体系CPU提供的TSC作为高精度的时间标度,权衡一定时间段(如一个jiffies)内高精度定时器的数量,设置Linux时钟中断模式为标准模式、one-shot模式或高频周期时钟模式。实现了μs级定时精度的同时,降低了频繁计算和设置时钟芯片的时间代价。

下面给出关键的全局变量:

(1)time_mode:表示当前时钟工作模式。其中-1代表高频周期时钟模式,该模式下,根据需要达到的定时精度,设置时钟芯片以较高的频率产生周期性中断;0代表标准模式,时钟芯片以标准Linux默认的频率产生周期中断;1代表one-shot模式,时钟芯片被设置为单次触发状态,即每次给时钟芯片设置一个超时时间,超时事件发生时,在时钟中断处理程序中根据需要再次给时钟芯片设置一个超时时间。系统启动时设置为默认值0。

(2)SCALE:时钟精度提高比。设置高频周期模式需要的参数,用来表示所需要达到的时钟精度相对普通Linux时钟精度的提高倍数。

(3)Threshold:阈值。如果即将在某一时间段内超时的实时定时器数量大于预设值,系统设置硬件定时器工作在高频周期时钟模式。

2.1 时钟中断处理

为了加强Linux的实时功能,同时又要保持Linux的完整性,本方案的动态多模式时钟机制以模块化的方式实现有关实时部分的功能,并利用接口函数实现实时模块与Linux核心的联系。

(1)标准模式。标准模式下的中断处理首先查询实时定时器队列中是否有实时定时器在下一个系统时钟中断(jiffies+1)之前超时,即在(jiffies,jiffies+1)内是否有实时定时器要处理,根据实时定时器数量设置时钟芯片的工作模式,执行do_timer_interrupt()等函数维护系统相关时间,标记下半部。

(2)one_shot模式。one-shot模式下的中断处理先判断jiffies时钟是否到期,如果到期:

①查询实时定时器队列中是否有实时定时器在下一个系统时钟中断(tick+1)之前超时,即在(jiffies,jiffies+1)内有实时定时器要处理(其超时时间用sub_jiffies表示),然后根据实时定时器数量设置时钟芯片工作模式。

②执行do_timer_interrupt()函数等维护与系统有关的时间,并标记下半部。

如果jiffies时钟未到期,则查询实时定时器链表,根据其最早超时实时定时器的超时时间与当前时间的差值设置时钟芯片产生下一次中断的时间。

(3)高频周期时钟模式。高频周期模式下中断处理先判断jiffies时钟是否到期,如果系统时钟节拍到期,执行上述①、②模式。否则,如果有实时定时器超时,标记中断下半部;如果没有实时定时器超时则直接返回。

对超时定时器的处理都留到时钟中断下半部(softirq)处理,超时的实时定时器优先得到处理,以尽可能保证实时定时器的及时处理,随后处理普通Linux的定时器,时钟中断处理过程如图1所示。

jishu_1908411_1_1.html

2.2 定时器组织

普通Linux系统原有的粗粒度定时器对于内核的稳定和不要求高精度定时的非实时应用仍是合适的,只是针对有高精度定时要求的实时应用组织一个高精度定时器队列HRT_list,队列中的定时器按超时时间非降序排列,队列中第一个定时器的超时时间就是队列的最早超时时间。

原Linux内核中的定时器是通过称为CTW(Cascading Timer Wheel)的结构管理和维护,并因此使得对定时器的插入、删除等操作的时间为0(1)。本文把HRT_list队列和CTW结合起来以降低定时器处理时间、提高效率。把需要较长时间才超时的实时定时器仍旧插入到原定时器队列中,借助该队列维护。在每次系统时钟中断处理的下半部处理完超时的实时定时器后,把在下一次系统时钟中断前超时的高精度定时器从原队列移除,并插入到HRT_list队列中。因此,HRT_list队列中所需要维护的高精度实时定时器也是有限的,避免了维护一个大规模定时器队列的开销,近似实现了0(1)的系统开销。

3 性能分析与测试

3.1 性能分析

当系统中没有高精度定时器时,PIT仍以Linux系统默认的频率触发时钟中断,在每一次系统时钟中断处理过程中,只需要判断工作模式以及下一次jiffies中断前有否实时定时器超时,经测试由此而带来的处理时间不超过1us,增加系统负担<0.1%,不会影响系统的性能。当在某个时间段内系统中实时定时器不多于阈值时,系统时钟工作在类似KURT-Linux的one-shot模式,同时维持普通Linux系统时钟的稳定。而由此而带来的系统负担是可以接受的[3]。

当系统中存在大量实时定时器或在某个时间段内即将超时的实时定时器数量超过一定值(阈值)时,相对于one-shot模式需要频繁地计算下次中断时间,并重新编程在低速的ISA总线上的PIT的时间代价是可取的,证明如下:

用Thw表示中断的硬件处理时间,Tisr表示中断程序上半部执行时间,n代表某个时段内(一个jiffies内)超时的定时器数量。得到两种模式下总的时钟中断处理时间关系式:

jishu_1908411_1_1.html

显然,当某个时段内超时的定时器数量大于Threshold时,采用高频周期模式的时间开销就会小于one-shot模式。

3.2 模拟测试

测试环境为Pentium4 3.0 GHz CPU,1GDDR内存的硬件平台和2.6.15.6版本内核的Fedora core linux操作系统平台。

根据数控实时任务的要求设定了周期为0.1 ms、1 ms和100 ms的进程模拟数控实时周期任务[10],统计运行1 000次的数据,比较改进后的高精度定时器和原linux定时器的平均定时偏差,并令阈值为30,设置周期任务数量为4、20、40,使时钟工作在不同模式下。测试结果如表1所示。

jishu_1908411_1_1.html

由测试数据对比,原linux系统的定时平均偏差为968 μs,改进后系统的定时平均偏差为34 ?滋s。显而易见,改进后的定时器定时精度大大提高,达到10 μs级,能满足数控系统应用的要求。

在原Linux内核和改进后的高精度定时器内核上睡眠50 μs各1 000次,测试实际睡眠时间所得结果与表1类似,50 μs的实际睡眠时间从(2.001~2.116) ms级降到(57~91) μs级。

全软件数控系统以应用软件的形式实现运动控制,是开放式数控系统的发展方向。开源的Linux是开发具有自主知识产权数控系统的理想平台,但是其粗糙的时钟粒度是普通Linux直接应用于数控系统的最大障碍,因此需要细化Linux的时钟粒度提高其实时性。

简单地提高系统时钟频率将引起频繁的中断处理,导致系统性能的下降。KURT-Linux采用的one-shot方式将周期性的时钟中断改进为单次触发状态,实现了μs级的定时精度。本文分析了普通Linux时钟机制和几种实时Linux操作系统细化时钟精度的方式,提出了一种混合多种时钟模式的动态时钟机制,达到了CNC要求的时钟精度。最后的性能分析和模拟测试证实了新时钟机制的技术性能。

参考文献

[1] 李迪,万加富,叶峰,等.软数控系统混合任务两级调度策略[J].机械工程学报,2008,44(12):157-162.

[2] 王霞,马忠梅,何小庆,等.提高嵌入式linux时钟精度的方法[J].计算机工程,2006,32(23):70-96.

[3] 施映,何嘉.KURT-Linux实时性研究及改进策略[J].计算机科学,2006,33(7):417-420.

[4] 丁一,胡封林,李国宽.高级可编程中断控制系统的研究[J].计算机工程与科学,2005,27(12):97-100.

[5] 范剑英,吴岩,贾佳,等.Linux2.6实时性分析与改进方案[J].哈尔滨理工大学学报,2008,13(1):24-28.

[6] 於时才,缪东升,孙华,等.Linux2.6调度系统的分析与改进[J].微计算机信息,2007,24(5-3):252-254.

[7]周鹏,周明天.linux内核中一种高精度定时器的设计与实现[J].计算机技术与发展,2006,16(4):73-78.

[8] SRINIVASAN B, PATHER S, HILL R, et al. A firm real-time system implementation using commercial off-the-shelf hardware and free software[R]. rtas. Fourth IEEE Real-Time Technology and Applications Symposium (RTAS’98), 1998.

[9] 李小群,赵慧斌,叶以民,等.一种基于时钟粒度细化的Linux实时化方案[J].计算机研究与发展,2003,40(5):734-740.

[10] 姚鑫骅,潘雪增,傅建中,等.数控系统的混合任务模型及其最优调度算法研究[J].浙江大学学报,2006,40(8):1315-1319.

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/574268.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

c语言循环程序怎么编程,c语言程序(5):循环结构程序设计

#include #include #include /*循环结构:1.基本循环语句while循环do_while循环for循环1.1 所有的的循环&#xff0c;都是满足条件循环1.2 while循环while(条件){循环体;}1.3 kbhit() :监测键盘是否按键&#xff0c;1.4do{循环体;}while(count<3);1.5 for循环for(表达式1;表达…

Java基础知识强化之网络编程笔记05:UDP之多线程实现聊天室案例

1. 通过多线程改进刚才的聊天程序&#xff0c;这样我就可以实现在一个窗口发送和接收数据了 2. 代码示例&#xff1a; &#xff08;1&#xff09;SendThread.java&#xff0c;如下&#xff1a; 1 package com.himi.udpDemo2;2 3 import java.io.BufferedReader;4 import java.…

c语言宿舍管理设计报告,C语言课程设计—学生宿舍管理系统设计报告.doc

word格式精心整理版范文范例 学习指导课 程 设 计 报 告课程名称 C语言程序设计课题名称 学生宿舍管理系统专 业班 级学 号姓 名指导教师2012年6月19日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 C语言程序设计课 题 学生宿舍管理系统专业班级学生姓名学 号指导老师审 批任务书…

EF编辑

//修改推荐的信息 var productRe db.Shop_ProductRecommends.Single(item > item.Id model.Id); productRe.seat model.seat; db.Set<Shop_ProductRecommends>().Attach(productRe); db.Entry(productRe).State EntityState.Modified;转载于:https://www.cnblogs.…

考勤管理系统c语言,C语言课程设计学生考勤系统最终版(范文1)

《C语言课程设计学生考勤系统.doc》由会员分享&#xff0c;可免费在线阅读全文&#xff0c;更多与《C语言课程设计学生考勤系统(最终版)》相关文档资源请在帮帮文库(www.woc88.com)数亿文档库存里搜索。1、&#xff1b;return(head)&#xff1b;}voidenter()*录入函数*{structS…

关于类和接口的一些小笔记

如果一个类实现了多个接口&#xff0c;如果将这个类实例化&#xff0c;那么这些接口之间可以互相调用的。转载于:https://www.cnblogs.com/pilihaotian/p/4868609.html

汇编语言调用c语言ads,ADS1.2 在汇编代码中调用C函数

EDA365欢迎您登录&#xff01;您需要 登录 才可以下载或查看&#xff0c;没有帐号&#xff1f;注册x, U) b) } U8 \" d/ v( \$ ~ T对于ARM体系来说&#xff0c;不同语言撰写的函数之间相互调用(mix calls)遵循的是 ATPCS(ARM-Thumb Procedure Call Standard)&#xff0c;…

c语言选择法排序案例,谁能给我一个c语言选择排序法的简单例子

满意答案evil83752014.02.27采纳率&#xff1a;51% 等级&#xff1a;11已帮助&#xff1a;7590人#include int main(){int array[100], n, c, d, position, swap;printf("Enter number of elements\n");scanf("%d", &n);printf("Enter %d inte…

huffman算法c语言实验报告,huffman二叉树实验报告--数据结构(c语言).doc

江海强 PAGE 7数 据 结 构 作 业 报 告——Huffman二叉树实验报告姓名&#xff1a;江海强班级&#xff1a;070921班学号上机时间&#xff1a;2010-报告时间&#xff1a;2010-10-26摘要1.实验目的本实验是为了让我们深入了解Huffman二叉树&#xff0c;学会使用Huffman编码…

《炉石传说》建筑设计欣赏(7):采用Google.ProtocolBuffers处理网络消息

这一次&#xff0c;琢磨了一下Unity3D网络游戏发展的网络信息处理。服务器的网络游戏一般都是自主研发&#xff0c;因此&#xff0c;相应的网络消息处理应该培养自己。client/现在使用的邮件服务器之间的价差JSON和Google.ProtocolBuffers有两种常见的方法。平炉码看其处理。代…

tarjan算法c语言,tarjan算法板子 - osc_e45irv7l的个人空间 - OSCHINA - 中文开源技术交流社区...

无向图概念时间戳\(dfn[x]\),在深度优先遍历中&#xff0c;按照每个节点第一次被访问的顺序&#xff0c;依次做整数标记追溯值\(low[x]\),通过非搜索边能到达的最小时间戳割边判定法则无向边\((x,y)\)是割边/桥&#xff0c;当且仅当存在x的一个子节点满足\(dfn[x] < low[y]\…

流和文件

流&#xff1a;流是数据的传输方式&#xff1b;C程序处理一个流而不是直接处理文件。你声明一个FILE *fp &#xff0c;并把fopen(某个文件)返回的值赋予fp这两个动作就相当于建立了一个水龙头&#xff0c;当你用getc(fp)之类的输入函数读取文件字符时就相当于拧开了水龙头&…

小球进盒子C语言,N个小球放进M个盒子算法-Go语言中文社区

N个小球放入M个盒子共有多少种方法&#xff0c;并输出的算法设计&#xff1a;算法思路1 &#xff1a;暴力填充盒子每个小球都可能放入M个盒子的任意一个&#xff0c;所以直接根据小球个数做递归即可,然后将存储放入hash中排重//TODO算法思路2 &#xff1a;递归填充盒子即&#…

r语言c5.0要求因子输出,R语言中因子的创建与使用

原标题&#xff1a;R语言中因子的创建与使用因子在R语言中可以用来表示名义型变量或有序变量。名义变量一般表示类别&#xff0c;如性别&#xff0c;种族等等。有序变量是有一定排序顺序的变量&#xff0c;如职称&#xff0c;年级等等。在R语言中&#xff0c;名义变量和有序变量…

WinForm中使用AnyCAD三维控件 の 初始化

在WinForm中可以方便的集成AnyCAD.Net三维控件&#xff0c;只需要以下几部即可完成。 一、添加DLL程序集 AnyCAD.Foundation.Net.dll AnyCAD.Presentation.Net.dll AnyCAD.Exchange.Net.dll 二、初始化控件 1.首先创建一个窗体 2.在窗体上放置一个Panel用来放置三维控件 3.初始…

linux中nodejs后台运行工具forever

forever让nodejs应用后台执行 命令如下&#xff1a; forever start ./bin/www nodejs一般是当成一条用户命令执行的&#xff0c;当用户断开客户连接&#xff0c;运用也就停了&#xff0c;很烦人。如何让nodejs应用当成服务&#xff0c;在后台执行呢&#xff1f; 最简单的办法(不…

android启动其他app的服务器,Android中通过外部程序启动App的三种方法

这篇文章主要介绍了Android中通过外部程序启动App的三种方法,本文讲解了直接通过包名、通过自定义的Action、通过Scheme三种方法,并分别给出操作代码,需要的朋友可以参考下第一种&#xff1a;直接通过包名&#xff1a;复制代码 代码如下:Intent LaunchIntent getPackageManage…

linux date 天之前,linux date命令前后几天的推导

linux date使用(前后几天时间推导)在Linux系统 中&#xff0c;可以采用如下方法&#xff1a;1) 取之前的时间&#xff1a;date -d "a day ago" %Y%m%d 取出前1天的系统时间date -d "2 days ago" %Y%m%d 取出前2天的系统时间2) 取之后的时间&#xff1a;dat…

各种封装——封装getClass

因为用Class获取元素时&#xff0c;有兼容性问题&#xff0c;需要分情况获取 显示判断是否可以用getElementsByClassName&#xff0c;若是不介意用就要先获取全部的元素&#xff0c;在用正则判断 function getClass(oParent,sClass){if(oParent.getElementsByClassName){return…

android提示程序正在执行,Android中获取正在运行的进程(一)

关于android中应用程序正在运行的进程有下面几种&#xff1a;1-包含services的进程&#xff0c;2-不包含services的进程&#xff0c;3-杀死应用时有些进程被init回收(类似于僵尸进程)&#xff0c;ppid变为1&#xff0c;无法通过android 应用层代码获得的进程。这些进程可能是应…