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So wird ein Raspberry Pi echtzeitfähig

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Resultate im Vergleich

Um den Einfluss des PREEMPT_RT Patches auf die Latenz und damit das Echtzeitverhalten zu verdeutlichen, wird das Verhalten gegenüber dem Standard-Kernel verglichen.

Bildergalerie

Kernel 4.4.48-v7+

Beim Standard-Kernel sind 50’000’000 Messungen erfolgt, die eine mittlere Latenzzeit zwischen 13 und 15 µs für jeden der vier Kerne der CPU zeigen. Die maximale Latenzzeit von 1,757 ms wurde bei der CPU0 festgestellt. CPU1 zeigt deutliche Latenzen oberhalb 330 µs bis zur maximalen Latenz von 489 µs. CPU2 und CPU3 liegen mit maximalen Latenzzeiten unter 200 µs in einem guten Bereich. Die hier gezeigten Daten befinden sich alle in der Datei output, während eine grafische Darstellung durch gnuplot erstellt in der Datei plot.png abgelegt ist (Bild 3).

# Total: 049999999 049996933 049999808 049999672
# Min Latencies: 00009 00009 00009 00009
# Avg Latencies: 00015 00014 00014 00013
# Max Latencies: 01757 00489 00167 00193
# Histogram Overflows: 00001 00999 00000 00000

Kernel 4.6.5-rt10-v7

Beim RT-Kernel (mit PREEMPT_RT Patch) sind wiederum 50’000’000 Messungen erfolgt, die eine mittlere Latenzzeit zwischen 12 und 13 µs für jeden der vier Kerne der CPU zeigen. Die mittlere Latenzzeit ist damit praktisch unverändert. Die maximale Latenzzeit von 83 µs wurde bei der CPU0 festgestellt. CPU1 bis CPU3 liegen deutlich unter diesem Wert. Die hier gezeigten Daten befinden sich wieder alle in der Datei output, während eine grafische Darstellung durch gnuplot erstellt in der Datei plot.png abgelegt ist (Bild 4).

# Total: 050000000 049999906 049999717 049999527
# Min Latencies: 00008 00008 00008 00008
# Avg Latencies: 00013 00012 00012 00012
# Max Latencies: 00083 00064 00053 00047
# Histogram Overflows: 00000 00000 00000 00000

Schlussbemerkung

Durch den Einsatz des PREEMPT_RT Patchs auf den Standard-Kernel werden die Latenzzeiten deutlich reduziert und Determinismus des zeitlichen Verhaltens erreicht. Für den hier untersuchten Raspberry Pi 3 wurde die maximale Latenzzeit von reichlich 1,7 ms auf maximal 83 µs reduziert! In einer früheren Untersuchung für einen Raspberry Pi Single-Core konnte ein vergleichbares Verhalten gezeigt werden.

Ein herzlicher Dank geht an Dr. Carsten Emde von OSADL für einen wichtigen Hinweis bei der Installation des PREEMPT_RT Patches.

* Dr.-Ing. Claus Kühnel studierte und promovierte an der Technischen Universität Dresden auf dem Gebiet der Informationselektronik und bildete sich später in Biomedizintechnik weiter. Bis zu seiner Pensionierung 2016 war er bei der Qiagen Instruments AG in Hombrechtikon (CH) als Director Electronic Engineering & Embedded Systems für die Entwicklung von Elektronik-Hardware und Hardware-naher Software verantwortlich. Aktuell arbeitet er als Consultant und weiterhin als Autor.

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