Dotaz: C/C++ presnost usleep

[toxLinuch]

Pekny den panove, programuju api pro cteni teploty z cidla DS18B20 a cidlo se mi neoziva. Postupuje dle datasheetu. Jediny problem, ktery me napada je casovani. Jelikoz jsou pro komunikaci po 1Wire potrebne presne casove useky v radech mikrosekund. Je tedy usleep dostatecne presne? Jedu na CentOS. Pro pripojeni uzivam COM port. Prisup k portu prez ioperm a pak outb inb.

#define PORT 0x3f8
#define OFFSET_RIZENI_M 4

outb (0x00, PORT+OFFSET_RIZENI_M);    //nuluj registr rizeni modemu

log1 (PORT+OFFSET_RIZENI_M);          // inicializace sbernice a poskytnuti napajeni po dobu 1ms
usleep (1000);

log0 (PORT+OFFSET_RIZENI_M);          //-|master reset
usleep (500);                         //_|
                                                                               
log1 (PORT+OFFSET_RIZENI_M);          //-uvolnit sbernici
usleep (70); 

statusCTS=inb (PORT+OFFSET_STAV_M);
if ((statusCTS & CTS_BIT)==0x00)      //-je nula na sbernici
   printf ("Ozval se\n");

---

---

Odpovědi

[toxLinuch]

Příloha:

• schema.png (2328 bytů)

jeste prikladam schema zapojeni

[Josef Kufner]

A co tam mezi sériový port a samotnou sběrnici vložit ještě nějaký levný málonožičkový jednočip, který by se postaral o řízení sběrnice a převod dat z/na standardní sériový přenos?

[Sfinx]

Taky si myslim, ze treba obyc atmega8 by tyhle problemy vyresila. Jednou jsem to resil a mam nekde i fungujici kod pro cteni z cidel a zapis na USART nebo na SD kartu. V pripade zajmu muzu poskytnout.

[fraxinus]

Pokial nepouzivas realtime kernel, myslim ze spravneho casovania nebude garantovane nikdy

[toxLinuch]

Takze mam si stahnout vanila kernel a pak do nej naprat patch na RT prelozit a mam garantovanou presnost?

[fraxinus]

No, napr. Ubuntu Studio (8.04, 9.10) ma realtime kernel ale neviem ci ti to pomoze, pisu tam 5-10ms ale neviem coho sa to tyka ci prepinania procesov alebo coho. Najlepsie by bolo zmerat to osciloskopom.

[hajoucha]

radši si to přečti ještě jednou. Těch 5-10ms je to, co je schopen člověk zaznamenat (asi při poslechu). Na takové doby totiž nepotřebuješ real-time. 5-10ms dostaneš na běžném (tj. _ne_ RT) kernelu.

[hajoucha]

no, RT-kernel pomůže, pak je ještě potřeba dát svému procesu tu správnou RT prioritu. Jestli to "pomůže dostatečně" tj. jestli Ti pak bude fungovat to monitorování - to netuším. Otázkou však není, jestli to bude nebo nebude fungovat. Otázkou je, jestli máš na výběr.

[Peter Fodrek]

treba pouzit RTAI https://www.rtai.org/ a hlavne casovace nie sleep

casovace RTAI maju rozlisenie bud podla HW obvodov (i8255 alebo APIC) alebo podla tikov CPU maximalna nepresnost casovaca RTAI je 15 mikrosekund

Pripadne sa da priplatit(1999 USD/rok na vyvoj na jednej architekure alebo 4999 USD/rok za 5 architektur) si za RTLinuxPRO, ktory sa teraz vola WindRiver Linux, ktory ma maximlanu nepresnost 48 nanosekund, co je na hranici HW moznosti, ked si uvedomime, ze mozu nastat 3x citanie a jeden zapis do RAM..

[M_P]

Mozna bude lepsi neproslapavat uz hotovou cestu a podivat se jak to delaji ti co jim to funguje... viz www.owfs.org

M.

[Radovan]

nanosleep?

[Tom K]

Ahoj
Planovac bezi vetsinou na frekvenci do 1000Hz a tezko se da pocitat s tim, ze se probudi presne za 70us. Na useky do 10000us bych (v pripade, ze se nepouzivaji nejak casto). Radeji pouzival aktivni cekani pres gettimeofday().

[toxLinuch]

chlape kurna moc ti dekuju ani nevys jak moc si mi pomohl.
Shrnuti: usleep - nepresne (opravdu se to neblizi usekundam
nanosleep - stejny bazmek jako usleep
Reseni: gettimeofday v cyklu

void __usleep_test02 (int usecond) {                                                                                                                 
  struct timeval ts,te;                    //ts-time start; te-time end

  gettimeofday(&ts, NULL);                 //read start time in usec
  do { 
      gettimeofday(&te, NULL);             //read end time in usec
  } while (te.tv_usec<ts.tv_usec+usecond); //when te(time end) < ts(time start) + usecond
} 

casovani je naprosto presne a cip se ozval jak ma.

[pht]

Ten cyklus je ale špatně protože nepočítá s přetečením tv_usec.

Jinak přesnost usleep (a i gettimeofday) záleží na tom, jak je nastavený časovač a jakou má prioritu váš proces. Mikrosekunda je z pohledu systému už docela dlouho, takže při správném nastavení by to mělo být v pohodě.

[Tom K]

Ten cyklus ma spravny v pripade, ze nebude mit cekani delsi nez 1s (v pripade, ze mu to nekdo preplanuje a ono to pretece, tak uz na tom vlastne nezalezi a casem se mu to vzbudi stejne).

Ta pasaz s casovacem mne velmi zaujala a poprosil bych o rozvedeni. Mikrosekunda je z puhledu systemu cca 1000-2000 instrukci CPU a to neni az tak mnoho.

[pht]

Příloha:

• nano.c (1369 bytů)

Ten cyklus ma spravny v pripade, ze nebude mit cekani delsi nez 1s (v pripade, ze mu to nekdo preplanuje a ono to pretece, tak uz na tom vlastne nezalezi a casem se mu to vzbudi stejne).

Ne, zatuhne to. Dejme tomu: ts.tv_usec == 999999 a usecond == 3: bude se čekat až te.tv_usec >= 1000002, což nemůže nikdy nastat. Doporučuji alespoň následující, s tím, že nemůžete zadat usecond > 999999.

void __usleep_test02(int usecond) {
        struct timeval tv;
        time_t target_sec;
        suseconds_t target_usec;

        gettimeofday(&tv, NULL);
        target_sec = tv.tv_sec;
        target_usec = tv.tv_usec + usecond;
        if (target_usec >= 1000000) {
                target_sec++;
                target_usec -= 1000000;
        }

        while ((tv.tv_usec < target_usec) || (tv.tv_sec < target_sec)) {
                gettimeofday(&tv, NULL);
        }
}

Ta pasaz s casovacem mne velmi zaujala a poprosil bych o rozvedeni. Mikrosekunda je z puhledu systemu cca 1000-2000 instrukci CPU a to neni az tak mnoho.

No, základem všeho je si zajistit RT prioritu procesoru (SCHED_FIFO), jinak se můžete jít koulet - jádro do Vaší čekačky přepne jiný proces a místo 2 us čekáte třeba 20 ms. Pokud máte RT prioritu, tak se to nestane, na druhou stranu jelikož standardní jádro není hard-RT, tak stejně nemáte 100% jistotu, ale už máte aspoň něco, s čím se dá rámcově počítat.

Samotné čekání pak můžete udělat metodou busy wait - tj. tak jak to je naznačeno výše, čekáním v úzké smyčce na ten správný okamžik. Zablokujete tím kompletně jedno jádro procesoru, proto je potřeba vážit kdy a jak se tento postup nasadí. V defaultním nastavení linuxu je proti kompletnímu zablokování pojistka:

$ cat /proc/sys/kernel/sched_rt_period_us
1000000
$ cat /proc/sys/kernel/sched_rt_runtime_us
950000

... což znamená, že i přes RT prioritu bude váš proces donucen ke spánku pokud sežere více než 950000 us z 1000000 us okna (hodnoty v proc lze samozřejmě upravovat). To znamená že na jednoprocesorovém stroji budete mít šanci odladit tu chybně napsanou funkci na čekání :)

Otázkou může být jak je jádro schopné říct kolik je přesně gettimeofday(). V linuxu jsou 2 časovače - clock source a event source. První lze jen číst a druhý lze i programovat na odeslání interruptu za nějakou dobu. Event source je obvykle podstatně méně přesný. Klasický časovač má 1000 Hz, HPETy mají v řádu MHz. Clock source má v optimálním případě přesnost 1 cyklu procesoru. Funkce gettimeofday() funguje tak, že se podívá na globální proměnnou kde je informace o čase posledního eventu a přičte k ní aktuální offset z clock source. Samozřejmě než se poté vyšaší přepnutí z kernel režimu do userspace atd. tak ještě nějaký čas uteče ale obvykle je to o dost méně než ta 1 us která nás zajímá. (Pro ultra přesné časování nesmíte volat funkce kernelu, ale vystačit si třeba s čtením TSC přímo v programu, což je zdroj dalšího opruzu...)

Na druhou stranu pokud zavoláte nanosleep() tak si jádro dá určitou práci s tím, aby nastavilo event source jak nejlépe to jde (tam je toho dost, je potřeba váš časovač zařadit do RB stromu a kdovíco ještě) a pak si dá CPU voraz, takže skutečně tu mikrosekundu spíte. Bohužel kvůli různým overheadům a granularitě event sourcu budete mít trochu horší výsledky než u busy wait, na druhou stranu šetříte lesy :)

Udělal jsem nějaké rychlé testy (viz přiložený program) a zdá se, že se výše popsané potvrzuje. Busy wait sežere 100% cpu a do 2ms okna se netrefí třeba 200x ze 100 000 pokusů. Na druhou stranu nanosleep nežere skoro nic, ale má overhead, se kterým musíte dopředu počítat a díky tomu trochu větší rozptyl.

[Tom K]

Prilozeny program mi rika, ze v pripade nanosleep se netrefi do timeoutu 2us priblizne v 20% pripadu: PASS/FAIL: 80454/19546, kdezto aktivni cekani se netrefi v cca 6% pripadu. Ono bude dost zalezet na tom, kde to vlastne pobezi, na jake verzi jadra, jestli bude k dispozici HPET a podobne veci, takze na takove kratke useky je aktivni cekani vhodnejsi.

Cist TSC bych radeji nedoporucoval, protoze se chova na ruznych architekturach jinak (napriklad na amd64 se jeho frekvence snizuje se zmenou frekvence CPU, kdezto na Intel x86_64 je jeho frekvence konstantni nezavisle na frekvenci CPU).

[pht]

kdezto aktivni cekani se netrefi v cca 6% pripadu

... aspoň je vidět, že ani tahle metoda neni samospásná.

na jake verzi jadra

Pokud se pamatuju dobře, tak precizní časování se předělávalo někde kolem verze 2.6.17.

na takove kratke useky je aktivni cekani vhodnejsi

Staré glibc uměly při volání nanosleep automaticky aktivně čekat do 2 mikrosekund pokud měl program RT prioritu, z novějších verzí to vyhodili.

Cist TSC bych radeji nedoporucoval, protoze se chova na ruznych architekturach jinak

Není to věc architektury ale konkrétního modelu CPU. Já mám jeden celkem nový amd64 procesor a používá se dynamická změna rychlosti a TSC funguje dobře.