開發板簡介

創龍科技 TL3562-EVM-B 是一款基于瑞芯微 RK3562J/RK3562 處理器設計的四核 ARMCortex-A53 +單核 ARM Cortex-M0 國產工業評估板，主頻高達 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工業級方案，國產化率 100%。評估底板大部分元器件亦采用國產工業級方案，國產化率約 99%(按元器件數量占比，數據僅供參考)。核心板經過專業的PCBLayout 和高低溫測試驗證，質量穩定可靠，可滿足各種工業應用環境要求。

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的應用程序評估Linux-RT系統的實時性，適用開發環境如下：

Windows開發環境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

Linux開發環境：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]（基于rk3562_linux_release_v1.2.0_20240620）

我司默認使用的是Linux內核，同時提供了Linux-RT內核位于產品資料“4-軟件資料LinuxKernelimagelinux-5.10.209-[版本號]-[Git系列號]”目錄下，版本號、Git序列號以實際情況為準。請按照如下方法替換為Linux-RT內核。

請將boot-rt.img鏡像拷貝至評估板文件系統任意目錄下。執行如下命令，替換內核鏡像至Linux系統啟動卡，評估板重啟生效。

備注："/dev/mmcblk1p3"為Linux系統啟動卡對應的設備節點，如需固化至eMMC，請將設備節點修改為"/dev/mmcblk0p3"。

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

Target# sync

Target# reboot

圖 1

圖 2?Linux-RT內核

我司提供的Linux-RT內核與Linux內核測試方法一致，請參考《評估板測試手冊》或《物聯網模塊開發案例》進行測試即可，Linux-RT內核支持的外設接口如下表所示。

我司提供的Linux-RT內核應用了開源的RT PREEMPT機制進行補丁。PREEMPT_RT補丁的關鍵是最小化不可搶占的內核代碼量，同時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內核增加PREEMPT_RT補丁后，增加了系統響應的確定性和實時性，但是代價是CPU性能降低。

Linux-RT內核與普通Linux內核相比，幾個主要的相同之處是：

具有相同的開發生態系統，包括相同工具鏈、文件系統和安裝方法，以及相同的POSIX API等。

仍然存在內核空間和用戶空間的劃分。

Linux應用程序在用戶空間中運行。

Linux-RT內核與普通Linux內核在常規編程方式上的幾個主要不同之處是：

調度策略。

優先級和內存控制。

基于Linux-RT內核的應用程序使用了調度策略后，系統將根據調度策略對其進行調優。

Linux系統實時性測試

本章節主要介紹使用Cyclictest延遲檢測工具測試Linux系統實時性的方法。Cyclictest是rt-tests測試套件下的一個測試工具，也是rt-tests下使用最廣泛的測試工具，一般主要用來測試內核的延遲，從而判斷內核的實時性。

Cyclictest常用于實時系統的基準測試，是評估實時系統相對性能的最常用工具之一。Cyclictest反復測量并精確統計線程的實際喚醒時間，以提供有關系統的延遲信息。它可測量由硬件、固件和操作系統引起的實時系統的延遲。

為了測量延遲，Cyclictest運行一個非實時主線程（調度類SCHED_OTHER），該線程以定義的實時優先級（調度類SCHED_FIFO）啟動定義數量的測量線程。測量線程周期性地被一個到期的計時器（循環報警）所定義的間隔喚醒，隨后計算有效喚醒時間，并通過共享內存將其傳遞給主線程。主線程統計延遲值并打印最小、最大和平均延遲時間。

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、滿負荷（運行stress壓力測試工具）、隔離CPU核心的情況下，對比評估Linux-RT內核的系統實時性。

CPU空載狀態

評估板上電啟動，進入評估板文件系統執行如下命令，修改內核printk日志等級，避免內核打印信息影響實時測試。

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

調整內存分配策略為“2”，禁用內存過度使用。避免出現OOM(Out-of-Memory) Killer攻擊某些進程而產生延遲，影響測試結果。

備注：執行如下命令將會改變內存分配方式，若使用DDR容量為1GByte的評估板，請勿執行該命令。

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

圖 3

執行如下命令，基于CPU空載狀況下測試系統的實時性。測試指令需運行12小時，請保持評估板長時間穩定工作，測試完成后將生成統計結果no_load_output文件。

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

圖 4

參數解析：

-m：鎖定當前和將來的內存分配；

-S：采用標準SMP測試；

-p：設置線程優先級；

-i：設置線程的基本間隔；

-h：運行后將延遲直方圖轉儲至標準輸出，亦可指定要跟蹤的最大延時時間（以微秒為單位）；

-D：指定測試運行時長，附加m（分鐘）、h（小時）、d（天）指定；

-q：運行時不打印相關信息。

CPU滿負荷狀態

評估板上電啟動，進入評估板文件系統執行如下命令，修改內核printk日志等級，避免內核打印信息影響實時測試。

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

調整內存分配策略為“2”，禁用內存過度使用。避免出現OOM(Out-of-Memory) Killer攻擊某些進程而產生延遲，影響測試結果。

備注：執行如下命令將會改變內存分配方式，若使用DDR容量為1GByte的評估板，請勿執行該命令。

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

圖 5

執行如下命令，運行stress壓力測試工具，使得CPU處于滿負荷狀態。再使用Cyclictest工具測試CPU滿負荷狀態下的系統實時性能。測試指令需運行12小時，請保持評估板長時間穩定工作，測試完成后將生成統計結果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

參數解析：

--cpu：指定壓力測試的進程個數；

--cpu-method：指定CPU壓力測試的方式；

--io：指定I/O測試的進程個數；

--vm：指定內存測試的進程個數；

--vm-bytes：指定每個內存測試進程中分配內存的大?。?/p>

--timeout：指定測試時長。

隔離CPU核心狀態

本次測試以隔離CPU3核心為例，通過降低系統上所運行的其他進程對隔離CPU3產生的延遲影響，確保CPU3進程的正常運行，進而評估Linux-RT內核的系統實時性。

將評估板斷電，長按"Ctrl + C"按鍵并啟動評估板，進入U-Boot命令行模式后松開按鍵，執行如下命令，修改環境變量，隔離CPU3核心。

備注：如從eMMC啟動，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，執行如下命令，查看環境變量。

Target# cat /proc/cmdline

圖 8

進入評估板文件系統，執行如下命令，修改內核printk日志等級，避免內核打印信息影響實時測試。

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

調整內存分配策略為“2”，禁用內存過度使用。避免出現OOM(Out-of-Memory) Killer攻擊某些進程而產生延遲，影響測試結果。

備注：執行如下命令將會改變內存分配方式，若使用DDR容量為1GByte的評估板，請勿執行該命令。

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

圖 9

執行如下命令，運行stress壓力測試工具，使得CPU處于滿負荷狀態。再使用taskset工具將Cyclictest測試程序運行在CPU3核心，測試CPU3核心滿負荷狀態下的系統實時性能。測試指令需運行12小時，請保持評估板長時間穩定工作，測試完成后將生成統計結果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

統計結果分析

我司已提供腳本文件get_histogram.sh用于繪制統計結果直方圖，位于產品資料“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系統執行如下命令，安裝gnuplot工具。

Host# sudo apt-get -yinstall gnuplot

圖 12

CPU空載狀態

請將CPU空載狀態下的統計結果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至文件末尾，可查看Linux系統每個核心(CPU0~CPU3)的最小延遲(MinLatencies)、平均延遲(AvgLatencies)、最大延遲(MaxLatencies)統計結果。

圖 13

請將CPU空載狀態下的統計結果no_load_output文件拷貝至Ubuntu，存放在get_histogram.sh同一目錄下。執行如下命令修改文件名為"output"。

Host# cp no_load_outputoutput

圖 14

執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

根據測試結果output文件數據以及結合直方圖，可得主要數據如下表。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：測試數據與實際測試環境有關，僅供參考。

CPU滿負荷狀態

參考如上方法，分析CPU滿負荷狀態下的統計結果如下所示。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

參考如上方法，分析隔離CPU核心狀態下的統計結果如下所示。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CPU滿負荷、隔離CPU核心狀態的測試結果可知：當程序指定至隔離的CPU3核心上運行時，Linux系統延遲最低，可有效提高系統實時性。故推薦對實時性要求較高的程序（功能）指定至隔離的CPU核心運行。

rt_gpio_ctrl案例

案例說明

通過創建一個基本的實時線程，在線程內觸發LED的電平翻轉，同時程序統計實時線程的調度延時，并通過示波器測出LED電平兩次翻轉的時間間隔。由于程序默認以最高優先級運行，為避免CPU資源被程序完全占用導致系統被掛起，因此在程序中增加100us的延時。程序原理大致如下：

在Linux-RT內核上創建、使用實時線程。

實時線程中，計算出觸發LED電平翻轉的系統調度延時。

案例測試

本小節測試以隔離CPU3核心為例，通過降低系統上所運行的其他進程對隔離CPU3產生的延遲影響，確保CPU3進程的正常運行，進而評估Linux-RT內核的系統實時性。

將評估板斷電，長按"Ctrl + C"按鍵并啟動評估板，進入U-Boot命令行模式后松開按鍵，執行如下命令，修改環境變量，隔離CPU3核心。

備注：如從eMMC啟動，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目錄下的可執行文件拷貝至評估板文件系統，并執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計的延遲數據，如下圖所示。

Target# sysctl kernel.sched_rt_runtime_us=-1

Target# taskset -c 3 ./rt_gpio_ctrl100

圖 21

同時使用示波器捕捉LED兩次電平翻轉之間的間隔，即可得到線程調度的延遲，測試點為R50電阻一端。

圖 22

本次測得電平翻轉周期為?x=113us，如下圖所示。由于程序中增加了100us的時間延時，因此實際延時應為：113us -100us = 13us，與程序統計打印的Latency results平均值13us相近。

圖 23

案例編譯

將產品資料“4-軟件資料Demort-linux-demosrt_gpio_ctrlsrc”案例源碼拷貝至Ubuntu。進入案例源碼目錄，執行如下命令，編譯案例生成可執行文件。

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

Host# make

圖 24

關鍵代碼說明

創建實時任務，具體操作包括內存鎖定、線程堆棧內存設置、調度策略和優先級配置等。

圖 25

在線程中打開LED文件節點，并對LED狀態進行翻轉。

圖 26

統計調度時間延時情況。

圖 27

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審核編輯 黃宇