如何调度一个具有绝对开始时间的实时任务？

Question

对于TSN感知的通信协议栈和框架，我不仅需要能够以非常精确的时间间隔执行实时线程，而且需要能够以从ptpd中扣除的精确时隙开始运行。

目前，我通过将任务延迟/放弃到开始时间来做到这一点。对于我的TSN通信的PoC来说，这已经足够了，但是对于Linux实时扩展，必须有更好/更有效的方法。在两个Beaglebone之间引入的抖动大约是800us (运行Linux 4.14.71-ti-r80 #1 SMP抢占)。

使用循环pthread，我同步了我的网络生产者任务的开始(注意: vos_前缀表示我的操作系统抽象方法，实际上与POSIX调用相匹配)：

for (;; )
{
    /* Synchronize with starttime */
    vos_getTime(&now);                      /* get initial time */
    vos_subTime(&now, &startTime);

    /* Wait for multiples of interval */

    execTime = ((UINT32)now.tv_usec % interval);
    waitingTime = interval - execTime;
    if (waitingTime >= interval)
    {
        ...error checks omitted
    }

    /* Idle for the difference */
    vos_threadDelay(waitingTime); /* pthread_testcancel() inside */

    vos_getTime(&priorCall);  /* get initial time */
    pFunction(pArguments);    /* thread function: send data */
    vos_getTime(&afterCall);  /* get time after function has returned */

    /* get the runtime of pFunction() */
    vos_subTime(&afterCall, &priorCall);

    /* afterCall holds now the time difference... */
    if (afterCall.tv_sec <= MAXSEC_FOR_USECPRESENTATION)
    {
        ...runtime / error handling omitted
    }
}

上面的代码以5ms的间隔时间产生大约800us的抖动(使用没有RT-extension和策略轮询的Linux4.14)，这是相当好的-但当涉及到多个线程都在进行计划的流量时，这是无效的...

对于Linux4.1.15-ti-RT-r43#1SMP PREEMPT RT，我计划使用SCHED_DEADLINE作为策略，但是struct sched_attr没有提供开始时间参数。然后，就不需要在上面的代码中执行运行时检查了。但是：

我如何有效地使用Linux的实时扩展来让线程在精确的绝对时间运行，比如每1ms以绝对实时'now‘+ 0.0075s (例如now.0085，now.0095，now.0105 ...)开始运行，而不会产生上述代码的开销？

Answer 1

clock_nanosleep() POSIX函数有一个绝对截止时间模式：

#define NSEC_PER_SEC 1000000000
/* Initial delay, 7.5ms */
const long start_delay_ns = 7500000;
/* Cycle time, 1ms */
const long cycle_time_ns = 1000000;
struct timespec deadline;

clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &deadline);
deadline.tv_nsec += start_delay_ns;
deadline.tv_sec += deadline.tv_nsec / NSEC_PER_SEC;
deadline.tv_nsec %= NSEC_PER_SEC;

for (;;)
{
    struct timespec now;

    /* Sleep until deadline */
    while (clock_nanosleep(CLOCK_MONOTONIC, TIMER_ABSTIME, &deadline, NULL) != 0)
        if (errno != EINTR)
            return; /* error handling here */

    pFunction(pArguments);    /* thread function: send data */

    /* Calculate next deadline */
    deadline.tv_nsec += cycle_time_ns;
    deadline.tv_sec += deadline.tv_nsec / NSEC_PER_SEC;
    deadline.tv_nsec %= NSEC_PER_SEC;

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &now);
    if (now.tv_sec > deadline.tv_sec || (now.tv_sec == deadline.tv_sec && deadline.tv_nsec > now.tv_nsec))
        return; /* time overrun error handling here */
}