{"id":2093,"date":"2012-05-07T09:00:53","date_gmt":"2012-05-07T08:00:53","guid":{"rendered":"http:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/?p=2093"},"modified":"2012-05-07T09:00:53","modified_gmt":"2012-05-07T08:00:53","slug":"mesure-de-precision-des-timers-de-rtdm-xenomai","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/2012\/05\/07\/mesure-de-precision-des-timers-de-rtdm-xenomai\/","title":{"rendered":"Mesure de pr\u00e9cision des timers de RTDM \/ Xenomai"},"content":{"rendered":"

Cette petite exp\u00e9rience va nous permettre de mesurer la pr\u00e9cision des timers kernel programm\u00e9s en utilisant l’API RTDM<\/strong> (Real Time Driver Model<\/em>) propos\u00e9e par Xenomai dans sa version 2.6.0. Il est important de noter que RTDM est une sp\u00e9cification pour le d\u00e9veloppement de drivers temps-r\u00e9el pour Linux qui pourra prochainement \u00eatre utilis\u00e9e directement avec le noyau \u00ab\u00a0patch\u00e9\u00a0\u00bb Linux-rt<\/em>. Il est donc utile de commencer \u00e0 s’int\u00e9resser \u00e0 cette API pour tout les d\u00e9veloppements kernel ayant sp\u00e9cifiquement trait au temps r\u00e9el.<\/p>\n

\n\n<\/p>\n

Module dans l’espace noyau<\/h1>\n

Notre module va installer un timer avec une p\u00e9riode d’une milliseconde. A chaque d\u00e9clenchement, le timer mesurera l’\u00e9cart par rapport au d\u00e9clenchement pr\u00e9c\u00e9dent et proposera ses r\u00e9sultats dans une interface RTDM accessible depuis l’espace utilisateur.<\/p>\n

Voici un exemple d’impl\u00e9mentation, les fichiers sources se trouvent dans cette archive<\/a>.<\/p>\n

mesure-periode-rtdm.c: <\/strong>\n#include <linux\/version.h>\n#include <linux\/device.h>\n#include <linux\/module.h>\n#include <linux\/sched.h>\n#include <linux\/cdev.h>\n#include <linux\/fs.h>\n\n#include <asm\/uaccess.h>\n\n#include <rtdm\/rtdm_driver.h>\n\n#define nom_device_rtdm \"mesure_periode_rtdm\"\n\nstatic int read_mesure_periode(struct rtdm_dev_context * contexte, rtdm_user_info_t * info, void * buffer, size_t lg);\nstatic int open_nonrt_mesure_periode (struct rtdm_dev_context * contexte, rtdm_user_info_t * info, int flags);\nstatic int close_nonrt_mesure_periode (struct rtdm_dev_context * contexte, rtdm_user_info_t * info);\nstatic void handler_mesure_periode (rtdm_timer_t * timer);\n\nstatic struct rtdm_device<\/strong> rtdev_mesure_periode = {\n    .struct_version = RTDM_DEVICE_STRUCT_VER,\n    .device_flags   = RTDM_NAMED_DEVICE,\n    .context_size   = 0,\n    .device_name    = nom_device_rtdm,\n    .open_nrt       = open_nonrt_mesure_periode,\n    .ops = {\n        .close_nrt = close_nonrt_mesure_periode,\n        .read_nrt  = read_mesure_periode,\n    },\n    .device_class     = RTDM_CLASS_TESTING,\n    .device_sub_class = 1,\n    .profile_version  = 1,\n    .driver_name      = nom_device_rtdm,\n    .driver_version   = RTDM_DRIVER_VER(1,0,0),\n    .peripheral_name  = nom_device_rtdm,\n    .provider_name    = \"cpb\",\n    .proc_name        = nom_device_rtdm,\n};\n\nstatic nanosecs_abs_t  periode_mini;\nstatic nanosecs_abs_t  periode_maxi;\nstatic nanosecs_abs_t  somme_periodes;\nstatic int             nb_periodes;\nstatic rtdm_mutex_t mtx_statistiques;\n\nstatic rtdm_timer_t rtimer;\nstatic nanosecs_rel_t periode_desiree = 1000000; \/\/ 1 ms\n\nstatic int __init init_mesure_periode<\/strong> (void)\n{\n    int err;\n\n    rtdm_mutex_init<\/strong>(& mtx_statistiques);\n\n    periode_mini = -1;\n    periode_maxi = 0;\n    somme_periodes = 0;\n    nb_periodes = 0;\n\n    rtdm_dev_register<\/strong>(& rtdev_mesure_periode);\n    if ((err = rtdm_timer_init<\/strong>(& rtimer, handler_mesure_periode, \"Timer_mesure_periode\")) != 0) {\n        rtdm_dev_unregister(& rtdev_mesure_periode, 0);\n        rtdm_mutex_destroy(& mtx_statistiques);\n        return err;\n    }\n\n    if ((err = rtdm_timer_start<\/strong>(& rtimer, 1000000000, periode_desiree, RTDM_TIMERMODE_RELATIVE)) != 0) {\n        rtdm_timer_destroy(& rtimer);\n        rtdm_dev_unregister(& rtdev_mesure_periode, 0);\n        rtdm_mutex_destroy(& mtx_statistiques);\n        return err;\n    }\n\n    return 0;\n}\n\nstatic void __exit exit_mesure_periode<\/strong>(void)\n{\n    rtdm_timer_stop<\/strong>(& rtimer);\n    rtdm_timer_destroy<\/strong>(& rtimer);\n    rtdm_dev_unregister<\/strong>(& rtdev_mesure_periode, 0);\n    rtdm_mutex_destroy<\/strong>(& mtx_statistiques);\n}\n\nstatic int read_mesure_periode<\/strong>(struct rtdm_dev_context * contexte, rtdm_user_info_t * info, void * buffer, size_t lg)\n{\n    char local_buffer[80];\n    nanosecs_abs_t  _periode_mini;\n    nanosecs_abs_t  _periode_maxi;\n    nanosecs_abs_t  _somme_periodes;\n    int             _nb_periodes;\n\n    rtdm_mutex_lock<\/strong>(& mtx_statistiques);\n    _periode_mini   = periode_mini;\n    _periode_maxi   = periode_maxi;\n    _somme_periodes = somme_periodes;\n    _nb_periodes    = nb_periodes;\n    rtdm_mutex_unlock<\/strong>(& mtx_statistiques);\n\n    snprintf(local_buffer, 80, \"%lld %lld %lld %dn\",\n        _periode_mini, _periode_maxi, _somme_periodes, _nb_periodes);\n    if (rtdm_safe_copy_to_user<\/strong>(info, buffer, local_buffer, strlen(local_buffer)) != 0)\n        return -EFAULT;\n    return strlen(local_buffer);\n}\n\nstatic int open_nonrt_mesure_periode<\/strong>(struct rtdm_dev_context * contexte, rtdm_user_info_t * info, int flags)\n{\n    return 0;\n}\n\nstatic int close_nonrt_mesure_periode<\/strong>(struct rtdm_dev_context * contexte, rtdm_user_info_t * info)\n{\n    return 0;\n}\n\nstatic void handler_mesure_periode<\/strong> (rtdm_timer_t * timer)\n{\n    nanosecs_abs_t         heure;\n    static nanosecs_abs_t  precedente;\n    nanosecs_abs_t         periode;\n\n    heure = rtdm_clock_read<\/strong>();\n    rtdm_mutex_lock<\/strong>(& mtx_statistiques);\n    if (nb_periodes > 0) {\n        periode = heure - precedente;\n        if (periode > periode_maxi)\n            periode_maxi = periode;\n        if ((periode_mini == -1) || (periode_mini > periode))\n            periode_mini = periode;\n        somme_periodes += periode;\n    }\n    nb_periodes ++;\n    rtdm_mutex_unlock<\/strong>(& mtx_statistiques);\n    precedente = heure;\n}\n\nmodule_init<\/strong>(init_mesure_periode);\nmodule_exit<\/strong>(exit_mesure_periode);\nMODULE_LICENSE(\"GPL\");<\/pre>\n
Compilons ce module, chargeons-le et v\u00e9rifions qu’il soit bien enregistr\u00e9. Naturellement, il est n\u00e9cessaire d’avoir install\u00e9 un noyau Linux\/Xenomai comme d\u00e9crit dans cet article<\/a> ou celui-ci<\/a>.<\/p>\n
# make<\/strong>\nmake -C \/lib\/modules\/2.6.38.8-xenomai\/build SUBDIRS=\/home\/cpb\/Documents\/Livres\/Articles\/Blog\/article-2012-05-07  modules\nmake[1]: entrant dans le r\u00e9pertoire \u00ab \/usr\/local\/src\/linux-2.6.38.8-xenomai \u00bb\n  CC [M]  \/home\/cpb\/Documents\/Livres\/Articles\/Blog\/article-2012-05-07\/mesure-periode-rtdm.o\n  Building modules, stage 2.\n  MODPOST 1 modules\n  CC      \/home\/cpb\/Documents\/Livres\/Articles\/Blog\/article-2012-05-07\/mesure-periode-rtdm.mod.o\n  LD [M]  \/home\/cpb\/Documents\/Livres\/Articles\/Blog\/article-2012-05-07\/mesure-periode-rtdm.ko\nmake[1]: quittant le r\u00e9pertoire \u00ab \/usr\/local\/src\/linux-2.6.38.8-xenomai \u00bb\ngcc -I\/usr\/xenomai\/include -D_GNU_SOURCE -D_REENTRANT -Wall -Werror-implicit-function-declaration -pipe -D__XENO__ -lrtdm -L\/usr\/xenomai\/lib -lxenomai -lpthread -lrt -L \/usr\/xenomai\/lib -o mesure-periode mesure-periode.c -lrtdm -lxenomai\n# insmod .\/mesure-periode-rtdm.ko <\/strong>\n# cat \/proc\/xenomai\/rtdm\/named_devices<\/strong>\nHash\tName\t\t\t\tDriver\t\t\/proc\n24\trttest-timerbench0             \txeno_timerbench\trttest-timerbench0\n55\trttest-switchtest0             \txeno_switchtest\trttest-switchtest0\nEE\tmesure_periode_rtdm            \tmesure_periode_rtdm\tmesure_periode_rtdm\n#<\/pre>\n
Application dans l’espace utilisateur<\/h1>\n
Contrairement aux drivers Linux habituels, RTDM ne fournit pas de fichier sp\u00e9cial (avec un type, un num\u00e9ro majeur et un num\u00e9ro mineur) pour acc\u00e9der aux fonctionnalit\u00e9s impl\u00e9ment\u00e9s. Le driver n’est pas accessible par un appel open()<\/code> sur un fichier de \/dev<\/code> mais par une op\u00e9ration sp\u00e9cifique rt_dev_open()<\/code> employant le nom du p\u00e9riph\u00e9rique.<\/p>\n
Voici un petit utilitaire qui ouvre le p\u00e9riph\u00e9rique mesure_periode_rtdm<\/code> et lit les valeurs. Il affiche sur sa sortie standard les informations obtenues.<\/p>\n
mesure-periode.c: <\/strong>\n#include <fcntl.h>\n#include <stdlib.h>\n#include <stdio.h>\n#include <string.h>\n#include <unistd.h>\n\n#include <rtdm\/rtdm.h>\n\n#define LG_BUFFER 80\n\nint main (int argc, char * argv[])\n{\n    int fd;\n    int i;\n    char buffer[LG_BUFFER];\n    long long int min, max, somme;\n    int nb;\n    fd = rt_dev_open<\/strong>(\"mesure_periode_rtdm\", O_RDONLY);\n    if (fd < 0) {\n        fprintf(stderr, \"%s: %sn\", argv[1], strerror(-fd));\n        exit(EXIT_FAILURE);\n    }\n\n    while ((i = rt_dev_read<\/strong>(fd, buffer, LG_BUFFER)) > 0) {\n        buffer[i] ='\u0000';\n        if (sscanf(buffer, \"%lld %lld %lld %d\", &min, &max, &somme, &nb) == 4)\n            printf(\"min = %lld, max = %lld, moy = %lldn\", min, max, somme \/ nb);\n    }\n    rt_dev_close<\/strong>(fd);\n    return EXIT_SUCCESS;\n}<\/pre>\n
Nous pouvons lancer le programme, il affichera sur sa sortie standard les valeurs statistiques obtenues.<\/p>\n
# export LD_LIBRARY_PATH=\/usr\/xenomai\/lib\/<\/strong>\n# .\/mesure-periode<\/strong>\n[...]\nmin = 968234, max = 1036666, moy = 999995\nmin = 968234, max = 1036666, moy = 999995\nmin = 968234, max = 1036666, moy = 999995\nmin = 968234, max = 1036666, moy = 999995\nmin = 968234, max = 1036666, moy = 999995\nmin = 968234, max = 1036666, moy = 999995\nmin = 968234, max = 1036666, moy = 999995\nmin = 968234, max = 1036666, moy = 999995\nmin = 968234, max = 1036666, moy = 999995\n[...]\n#<\/pre>\n
R\u00e9sultats<\/h1>\n
Sur ce poste, nous voyons que le timer \u00e0 1kHz a subi des fluctuations maximales de 37 microsecondes environ, apr\u00e8s un quart d’heure de fonctionnement. La machine n’\u00e9tait pas excessivement charg\u00e9e, ni en interruptions ni en processus. Avec une charge beaucoup plus \u00e9lev\u00e9e, on pourrait probablement s’attendre \u00e0 des fluctuations approchant la centaine de microsecondes.<\/p>\n
Cette ex\u00e9cution s’est faite sur un poste de bureautique d’entr\u00e9e de gamme, qui n’est donc pas particuli\u00e8rement con\u00e7u pour le temps r\u00e9el (notamment dans la gestion des interruptions SMI). Avec un PC industriel et un noyau bien configur\u00e9, j’ai d\u00e9j\u00e0 observ\u00e9 des fluctuations inf\u00e9rieures \u00e0 35 microsecondes sur deux jours alors que la machine \u00e9tait tr\u00e8s fortement charg\u00e9e, tant en activit\u00e9 CPU (processus, appel-syst\u00e8me) qu’en interruptions diverses.<\/p>\n
Si vous obtenez des r\u00e9sultats int\u00e9ressants avec cette exp\u00e9rience, communiquez-les moi et je serai heureux de les faire figurer ici.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Cette petite expérience va nous permettre de mesurer la précision des timers kernel programmés en utilisant l’API RTDM (Real Time Driver Model) proposée par Xenomai dans sa version 2.6.0. Il est important de noter que RTDM est une spécification pour le développement de drivers temps-réel pour Linux qui pourra prochainement être utilisée directement avec le […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[8,14],"tags":[],"class_list":["post-2093","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-linux-2","category-temps-reel"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2093","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2093"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2093\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2093"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2093"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2093"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}