2. RT-Linux

本章配套视频介绍:

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《23-在鲁班猫上使用实时RT-Linux》

https://www.bilibili.com/video/BV1Js4y1B7jd/

RT-Linux是一个基于Linux内核的实时操作系统，它结合了Linux操作系统的通用性和实时性能，为开发者提供了一个统一的平台来开发实时应用程序。

RT-Linux的核心是Linux内核的一个实时扩展，它为实时任务提供了必要的调度机制和时间管理。 通过采用抢占式调度策略，高优先级的实时任务可以打断低优先级的任务，确保实时任务能够及时响应。 RT-Linux对任务的调度和中断处理进行了改进，使得任务能够按照预定的时间要求执行。

RT-Linux适用于对时间要求敏感的应用领域，例如工业自动化、机器人控制、航空航天系统等。 它可以提供精确的任务调度和快速的响应时间，以确保系统能够在实时任务的要求下正常运行。

与传统的Linux内核相比，RT-Linux在实时性能方面有所提升，但它并不是一个硬实时系统，无法保证任务的执行时间绝对精确。 对于对时间要求极高的应用，可能需要采用更专门的实时操作系统。

RT-Linux兼容Linux操作系统的通用性，可以利用Linux生态系统中的各种工具和库进行开发。 开发者可以使用广泛的开发工具和资源来构建实时应用程序，从而提高开发效率。

注解

鲁班猫的内核也支持RT-Linux，使用PREEMPT_RT补丁对内核进行修改。

2.1. 鲁班猫RT-Linux安装方法

2.1.1. 在线更新内核

先更新软件包数据库

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sudo apt update

卸载旧的内核：因为旧的内核不兼容RT-Linux，所以要把他卸载

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#卸载旧内核
sudo apt remove linux-headers-6.1.99-rk3576 linux-image-6.1.99-rk3576

获取RT-Linux内核

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#在线安装新内核
sudo apt install linux-headers-6.1.99-rt36-rk3576 linux-image-6.1.99-rt36-rk3576

重启生效内核

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reboot

2.2. 鲁班猫RT-Linux测试

2.2.1. cyclictest

Cyclictest是一个用于测试Linux系统实时性能的工具，它能够测量系统的响应时间和时钟精度。Cyclictest通过创建周期性的负载来评估系统在实时任务处理方面的能力。

注意

该测试为带载测试，负载很大，ssh登录的话，可能会无法进入控制台和显示信息，所以推荐使用串口root登录，下面的命令都是依照串口root登录来写的

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#apt更新软件包
apt update

#安装工具
apt install -y python git

#下载cyclictest的源码
git clone https://github.com/jlelli/rt-tests.git

#进入源码目录
cd rt-tests

#编译源码（如果有报错，应该是依赖没弄好，根据缺失的依赖安装即可）
make -j4

#如果是桌面镜像需额外执行以下命令，lite镜像则不用
sysctl -w kernel.sched_rt_runtime_us=-1

#负载测试（该方法需要在rt-tests目录下面执行）
./cyclictest -t 4  -p 99 -n -m -d 0 & ./hackbench -l -1 -g 15 -f 25 -P &

#空载测试（该方法需要在rt-tests目录下面执行）
./cyclictest -t 4  -p 99 -n -m -d 0

#安装到/usr/bin中（该选项可选）
make install

#负载测试（该选项可选，可在其他目录下执行）
cyclictest -t 4  -p 99 -n -m -d 0 & hackbench -l -1 -g 15 -f 25 -P &

#空载测试（该选项可选，可在其他目录下执行）
cyclictest -t 4  -p 99 -n -m -d 0

hackbench -l -1 -g 15 -f 25 -P 是用来制作负载的

  • -l -1: 表示hackbench将以无限循环方式运行，不会自动退出。

  • -g 15: 设置每个进程组（group）的进程数量为15。每个进程组将会生成一组进程进行通信。

  • -f 25: 设置每个进程组之间的父子关系的数量为25。这决定了进程组之间的通信方式。

  • -P: 使用多个CPU核心来运行测试，以模拟多核系统的情况。

cyclictest -t 4 -p 99 -n -m -d 0

  • -t 4: 指定使用4个线程进行测试。每个线程将创建一个周期性负载。

  • -p 99: 设置线程的优先级为99，这是最高的实时优先级。使用最高优先级可以更好地测试系统的实时性能。

  • -n: 在测试期间禁止休眠。这将防止系统进入休眠状态，以保持系统处于活跃状态。

  • -m: 运行测试前锁定内存。这将防止测试期间的内存分页错误，并提供更一致的测试结果。

  • -d 0: 禁用延迟输出。这将阻止输出每个线程的详细延迟数据，只显示测试的总体统计信息

2.3. 鲁班猫RT-Linux内核源码

仓库地址为：https://github.com/LubanCat/kernel/tree/lbc-develop-6.1-rt36

rk3576对应的分支为：lbc-develop-6.1-rt36

如果需要自行编译RT内核，可在SDK根目录执行以下命令：

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#删除旧内核源码
rm -rf kernel-6.1/
rm -rf kernel

#拉取新内核源码，只拉取最新一次提交，指定lbc-develop-6.1-rt36分支
git clone --depth=1 -b lbc-develop-6.1-rt36 https://github.com/LubanCat/kernel.git

#重命名
mv kernel kernel-6.1

#编译内核deb包
./build.sh kerneldeb

编译出来的linux-headers-6.1.99-rt36-rk3576和linux-image-6.1.99-rt36-rk3576内核deb包传到板卡进行更新即可，或者也可通过编译完整镜像，然后更新系统镜像的方式进行更新。

2.4. 提高实时策略

2.4.1. 使用不带桌面的系统

不带桌面的系统实时性能比带桌面的系统要好，因此要求实时性能高建议使用lite版本镜像，如果需要运行图形界面，可自行编写Qt程序等。

2.4.2. 绑定核心

2.4.2.1. CPU核心隔离

通过uEnv.txt传递参数可很方便对uboot启动变量进行修改，在uEnv.txt的cmdline环境变量中添加isolcpus参数即可对CPU核心进行隔离。

以隔离CPU的2、3核为例，修改/boot/uEnv/uEnv.txt如下:

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cmdline="earlyprintk console=ttyFIQ0 console=tty1 consoleblank=0 loglevel=7 rootwait rw rootfstype=ext4 isolcpus=2,3"

只需在cmdline中添加isolcpus=2,3，添加完成后重启板卡，执行以下命令查看2、3核是否被隔离：

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#查看指定进程pid绑定到哪些CPU核心上
taskset -cp 1

#信息输出如下
pid 1's current affinity list: 0,1,4-7

从输出信息可见，pid 1进程没有运行在2、3核，也即成功对CPU核心进行隔离。

2.4.2.2. 程序绑定核心

对CPU核心进行隔离后，可将程序绑定到隔离的CPU核心上运行，以简单的helloworld程序进行测试，helloworld.c程序内容如下：

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int i=0;
    printf("hello, world! This is a C program.\n");
    for(;;){
        printf("output i=%d\n",i);
        sleep(1);
        i++;
    }

    return 0;
}

编译并绑定到CPU核心2上运行：

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#编译
gcc helloworld.c -o helloworld

#绑定到核心2上并后台运行
taskset -c 2 ./helloworld &

#查看helloworld的pid
pgrep helloworld

#查看helloworld运行在哪个核心
taskset -cp $(pgrep helloworld)

#杀死helloworld
kill $(pgrep helloworld)

2.4.2.3. 中断绑定核心

对于重要的中断可以在系统启动之后将中断绑定到其他核心，例如eth0中断绑定到CPU核心2上。

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#查看eth0中断号
cat /proc/interrupts | grep  eth0
#信息输出如下
55:          0          0          0          0          0          0          0          0     GICv2 325 Level     eth0
56:          0          0          0          0          0          0          0          0     GICv2 330 Level     eth0

#查看55中断运行的核心
cat /proc/irq/55/smp_affinity_list

#将55中断绑定到CPU核心2
echo 2 > /proc/irq/55/smp_affinity_list