内核模块和SCHED_RR线程的优先级

Question

我有一个嵌入式 Linux 平台（Beagleboard，运行 Angstrom Linux），连接了两个设备：

• 通过 USB 连接的激光测距仪 (Hokuyo UTM 30)
• 通过 SPI 连接的自定义外部板

我们编写了一个 Linux 内核模块，负责SPI 数据传输。它有一个 IRQ 处理程序，其中 spi_async 是调用这又会导致调用异步回调方法。

我的 C++ 应用程序由三个线程组成：

• 用于数据处理的主线程
• 激光轮询线程
• SPI 轮询线程

我遇到的问题似乎是由上述模块的交互方式引起的。

• 当我关闭 USB 设备（激光测距仪）时，我正确接收所有 SPI 消息（每 3 毫秒 1 条消息，消息长度除以数据速率小于 1 毫秒），与线程调度无关
• 当我打开 USB 设备并运行时我的程序使用正常的线程调度（SCHED_OTHER，优先级 0，没有设置好级别）大约 1% 的消息“丢失”，因为 spi_async 的回调方法在下一个 IRQ 发生时正在运行（我可以以不同的方式处理这种情况为了不丢失消息，所以这不是一个大问题。）

• 在 USB 设备打开的情况下，我使用 SCHED_RR 运行程序，

  • 主线程优先级 = 10
  • SPI 读取线程的优先级 = 10
  • USB/激光轮询线程的优先级 = 4

  然后我丢失了 40% 的消息，因为在调用 spi 回调方法之前再次触发了 IRQ！ （我仍然可以找到解决方法，但问题是我需要快速响应时间，在这种情况下无法再达到）。我需要使用线程调度和激光设备，所以我正在寻找一种方法来解决这种情况。

问题 1：

我的假设是内核空间中的 IRQ 处理程序和 spi_async 触发的回调比用户空间中运行的任何线程（无论是 SCHED_RR 还是 SCHED_OTHER）具有更高的优先级。这意味着在我的应用程序中转向 SCHED_RR 不应减慢 SPI 传输速度，但这似乎非常错误。是吗？

问题 2：

我如何确定这里发生了什么？存在哪些调试辅助工具？ （或者也许您不需要任何进一步的信息？）对我来说，主要问题是：为什么只有在激光设备打开时我才会遇到这些问题。 USB驱动会消耗这么多时间吗？

----- 编辑：

我做了以下观察：

spi_async 的回调调用 wake_up_interruptible(&mydata->readq); （使用 wait_queue_head_t readq;）。从用户空间（我的应用程序）我调用一个函数，该函数会导致 poll_wait(file, &mydata->readq, wait); 当轮询返回用户空间时，调用 read( ）。

• 当我的应用程序使用 SCHED_OTHER 运行时，我可以看到回调方法首先完成，然后再进入内核模块中的 read() 方法。
• 当我的应用程序以 SCHED_RR 运行时，在退出回调之前会输入 read。

这似乎证明用户空间线程的优先级高于回调方法上下文的优先级。有什么方法可以改变这种行为，并且仍然为我的应用程序线程保留 SCHED_RR ？

Answer 1

并非所有内核线程都有 RT 优先级。想象一下，一个需要做一些后台工作的定期唤醒线程正在被唤醒。您不希望该线程抢占您的 RT 线程。所以我想你的第一个假设是错误的。

根据您的其他问题：

• 您的主处理循环通过队列接收SPI数据，
• spi处理线程向主处理队列提供数据，

您的主处理线程似乎妨碍了负责spi数据传输的spi驱动程序线程。

发生的情况如下：

• 调用 spi_async并触发 IRQ
• ，这意味着数据传输已排队，该数据传输将由 spi 主驱动程序创建的线程拾取。
• spi 主线程与您的主处理线程（激光线程）竞争，但该内核线程没有 RT 优先级，因此每次 RR 线程之一运行时它都会丢失。

您可以做的是回到正常的调度，同时使用各种 CONFIG_PREEMPT_ 选项。或者搞乱 spi 主驱动程序，以确保任何延迟的工作都以足够的优先级排队。或者甚至根本不排队。