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聊聊 STM32 MPU OpenSTLinux 实时扩展包 X-LINUX-RT

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STMCU-管管 发布时间:2024-5-21 10:21
众所周知,Linux作为通用操作系统(GPOS),在诸如工业自动化、运动控制、工业通信等应用场景中,很难满足实时响应需求。那么,如何让我们的嵌入式产品在满足Linux操作系统通用性的同时,兼顾实时性能呢?
答案是:给Linux内核打上 PREEMPT_RT“实时补丁”,对Linux内核进行调整和优化,从而达到可预测、更低延迟的实时性能。
0 J; x# k7 r( @! O6 i问题来了!PREEMPT_RT “实时补丁”主要做什么?怎么打?接下来,我们展开说说。
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( S& o& A! l6 _% p% G# H5 X, V$ X0 S
PREEMPT_RT “实时补丁”的主要目的是尽量减少Linux内核代码中不可抢占的部分,以达到实时操作系统的要求。它的本质是Linux内核的一个实时扩展,为实时任务提供必要的调度机制和时间管理,通过采用抢占式调度策略,让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。) C& k' X: S) J! X$ Q' v, m
STM32 MPU OpenSTLinux支持统一平台化的Linux软件,以Linux内核为主线,支持Yocto & BuildRoot,预集成安全OS(OP-TEE),还有我们今天要着重说的支持Linux实时功能的扩展包X-LINUX-RT。
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X-LINUX-RT作为 STM32 MPU OpenSTLinux 扩展包,它使能了 PREEMPT-RT 实时补丁,满足了PLC(可编程逻辑控制器)、运动控制器、工业通讯等诸多场合要求的实时性和确定性响应时间需求。
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+ [6 j7 f* N/ P, }* Q依照以下步骤,可从ST官方获取STM32 MPU OpenSTLinux 实时扩展包 X-LINUX-RT。; `* }* @$ T2 Q5 C' y3 e" B
2 D' o  p* A+ C6 Z  R" A1 ^
  • 进入st.com, 搜索框中键入“X-LINUX-RT”,>>点击进入网页
  • 点击“获取软件”,或从页面下方的“Get from GitHub”进入ST的代码仓库,点击绿色键“Code”,复选框中选中“Download ZIP”,即可下载代码了。下载前,建议大家先到STM32 MPU的WiKi页面阅读一下README文档,>>点击阅读README文档。
  • 最后,将下载好的X-LINUX-RT配置到开发环境中,实时补丁就打好了。' R  ~! F$ p( m/ j4 b. h6 @

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Linux-RT与Linux实时性能测试(Cyclictest工具)
4 K- U9 {3 f. ^cyclictest常用于实时系统的基准测试,是评估实时系统相对性能的最常用工具之一。cyclictest反复测量并精确统计线程的实际唤醒时间,以提供有关系统的延迟信息。它可测量由硬件、固件和操作系统引起的实时系统的延迟。3 D. E- ~" E/ v3 o

3 b4 K8 |0 z+ q9 }. r( A基于STM32MP135F-DK板,使用cyclictest命令分别有“X-LINUX-RT”扩展包和没有“X-LINUX-RT”扩展包的系统测试其实时性。空载状态下,系统运行10分钟的测试曲线如下:
+ x4 V) |" h% I8 _& W6 n6 p
12.png " K* ?3 O, ^- x! n4 z. I$ k+ T
▲ 图1. 空载状态下,是否有“X-LINUX-RT”扩展包的测试曲线对比
对比测试数据,可看到打了X-LINUX-RT“实时补丁”的系统,延迟更加稳定,最大延迟更低,系统实时性更佳。
! }5 c, A' C! [1 ^8 }8 V- ?' ?$ ?- k' |  \

4 G  b/ g2 R7 l. YLinux-RT实时性能测试
7 o; h& ~& J, Q同样,基于STM32MP135F-DK板,还是用cyclictest命令测试CPU空载及满载状态下的实时性能对比。系统运行12小时,空载状态和满载状态下的测试曲线如下:
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+ K' ~5 W" L- o
▲ 图2. 系统运行12小时,有“X-LINUX-RT”扩展包的性能测试曲线
根据cyclictest 测试结果,得出下表:( f6 v; O2 m9 K, O% u
14.png 7 W/ _8 v# E) J, A9 R
以上测试结果说明,打了实时扩展包X-LINUX-RT后,系统的实时性能得到大幅提升。
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1 收藏 评论1 发布时间:2024-5-21 10:21

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1个回答
xu@xupt 回答时间:2024-5-21 14:25:37

X-LINUX-RT的应用不仅解决了Linux在高实时性需求场景中的局限性,还为嵌入式系统的开发提供了更多的灵活性和可能性。在未来的研究与开发中,深入探索和优化X-LINUX-RT的应用,将进一步推动实时系统的性能提升和技术进步,为各行业提供更加高效和可靠的解决方案。

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