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我正在编写一个需要

  • 使用 select() 等待串行

  • 读取串行数据（RS232 115200 波特），

  • 时间戳（clock_gettime（）），

  • 在 SPI 上读取 ADC，

  • 解释它，

  • 通过另一个 tty 设备发送新数据

  • 循环和重复

ADC 现在无关紧要。

在循环结束时，我再次使用 select() 以 0 超时来轮询并查看数据是否已经可用，如果它意味着我已经溢出，即我希望循环在更多数据和 select( ) 在循环开始时阻塞并在它到达时立即获取它。

数据应该每 5 毫秒到达一次，我的第一个 select() 超时计算为（5.5 毫秒 - 循环时间） - 应该是大约 4 毫秒。

我没有超时，但有很多超限。

检查时间戳会发现 select() 阻塞的时间超过了超时时间（但仍然返回>0）。看起来 select() 在超时前获取数据后返回较晚。

这可能在 1000 次重复中发生 20 次。可能是什么原因？我如何解决它？

编辑：这是代码的精简版本（我做了比这更多的错误检查！）

#include <bcm2835.h> /* for bcm2835_init(), bcm2835_close() */

int main(int argc, char **argv){

    int err = 0;

    /* Set real time priority SCHED_FIFO */
    struct sched_param sp;
    sp.sched_priority = 30;
    if ( pthread_setschedparam(pthread_self(), SCHED_FIFO, &sp) ){
        perror("pthread_setschedparam():");
        err = 1;
    }

    /* 5ms between samples on /dev/ttyUSB0 */
    int interval = 5;

    /* Setup tty devices with termios, both totally uncooked, 8 bit, odd parity, 1 stop bit, 115200baud */
    int fd_wc=setup_serial("/dev/ttyAMA0");
    int fd_sc=setup_serial("/dev/ttyUSB0");

    /* Setup GPIO for SPI, SPI mode, clock is ~1MHz which equates to more than 50ksps */
    bcm2835_init();
    setup_mcp3201spi();

    int collecting = 1;

    struct timespec starttime;
    struct timespec time;
    struct timespec ftime;
    ftime.tv_nsec = 0;

    fd_set readfds;
    int countfd;
    struct timeval interval_timeout;
    struct timeval notime;

    uint16_t p1;
    float w1;

    uint8_t *datap = malloc(8);
    int data_size;
    char output[25];

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &starttime);

    while ( !err && collecting ){   
        /* Set timeout to (5*1.2)ms - (looptime)ms, or 0 if looptime was longer than (5*1.2)ms */
        interval_timeout.tv_sec = 0;
        interval_timeout.tv_usec = interval * 1200 - ftime.tv_nsec / 1000;
        interval_timeout.tv_usec = (interval_timeout.tv_usec < 0)? 0 : interval_timeout.tv_usec;
        FD_ZERO(&readfds);
        FD_SET(fd_wc, &readfds);    
        FD_SET(0, &readfds); /* so that we can quit, code not included */   
        if ( (countfd=select(fd_wc+1, &readfds, NULL, NULL, &interval_timeout))<0 ){
            perror("select()");
            err = 1;
        } else if (countfd == 0){
            printf("Timeout on select()\n");
            fflush(stdout);
            err = 1;
        } else if (FD_ISSET(fd_wc, &readfds)){
            /* timestamp for when data is just available */
            clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &time)
            if (starttime.tv_nsec > time.tv_nsec){
                time.tv_nsec = 1000000000 + time.tv_nsec - starttime.tv_nsec;
                time.tv_sec = time.tv_sec - starttime.tv_sec - 1;
            } else {
                time.tv_nsec = time.tv_nsec - starttime.tv_nsec;
                time.tv_sec = time.tv_sec - starttime.tv_sec;
            }

            /* get ADC value, which is sampled fast so corresponds to timestamp */
            p1 = getADCvalue();

            /* receive_frame, receiving is slower so do it after getting ADC value. It is timestamped anyway */
            /* This function consists of a loop that gets data from serial 1 byte at a time until a 'frame' is collected. */
            /* it uses select() with a very short timeout (enough for 1 byte at baudrate) just to check comms are still going */
            /* It never times out and behaves well */
            /* The interval_timeout is passed because it is used as a timeout for responding an ACK to the device */
            /* That select also never times out */
            ireceive_frame(&datap, fd_wc, &data_size, interval_timeout.tv_sec, interval_timeout.tv_usec);

            /* do stuff with it */
            /* This takes most of the time in the loop, about 1.3ms at 115200 baud */
            snprintf(output, 24, "%d.%04d,%d,%.2f\n", time.tv_sec, time.tv_nsec/100000, pressure, w1);
            write(fd_sc, output, strnlen(output, 23)); 

            /* Check how long the loop took (minus the polling select() that follows */ 
            clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ftime);
            if ((time.tv_nsec+starttime.tv_nsec) > ftime.tv_nsec){
                ftime.tv_nsec = 1000000000 + ftime.tv_nsec - time.tv_nsec - starttime.tv_nsec;
                ftime.tv_sec = ftime.tv_sec - time.tv_sec - starttime.tv_sec - 1;
            } else {
                ftime.tv_nsec = ftime.tv_nsec - time.tv_nsec - starttime.tv_nsec;
                ftime.tv_sec = ftime.tv_sec - time.tv_sec - starttime.tv_sec; 
            }

            /* Poll with 0 timeout to check that data hasn't arrived before we're ready yet */
            FD_ZERO(&readfds);
            FD_SET(fd_wc, &readfds);
            notime.tv_sec = 0;  
            notime.tv_usec = 0; 
            if ( !err && ( (countfd=select(fd_wc+1, &readfds, NULL, NULL, &notime)) < 0 )){
                perror("select()");
                err = 1;
            } else if (countfd > 0){
                printf("OVERRUN!\n");
                snprintf(output, 25, ",,,%d.%04d\n\n", ftime.tv_sec, ftime.tv_nsec/100000);
                write(fd_sc, output, strnlen(output, 24)); 
            }

        }

    }


    return 0;

}

我在输出的串行流上看到的时间戳是相当规则的（通常下一个循环会赶上偏差）。输出片段：

6.1810,0,225.25
6.1867,0,225.25
6.1922,0,225.25
6,2063,0,225.25
,,,0.0010

在这里，最高 6.1922s 一切正常。下一个样本是 6.2063 - 上一个样本之后的 14.1 毫秒，但它没有超时，6.1922-6.2063 的前一个循环也没有通过轮询 select() 捕获溢出。我的结论是，最后一个循环是采样时间，并且选择在没有超时的情况下返回了 -10ms 太长的时间。

,,,0.0010 表示循环之后的循环时间（ftime） - 我真的应该检查出错时的循环时间。我明天试试。

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2 回答 2

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传递给的超时select是一个粗略的下限——select允许延迟你的进程稍微多一点。特别是，如果您的进程被不同的进程（上下文切换）或内核中的中断处理抢占，您的进程将被延迟。

以下是 Linux 手册页关于该主题的内容：

请注意，超时间隔将四舍五入到系统时钟粒度，内核调度延迟意味着阻塞间隔可能会超出少量。

这是 POSIX 标准：

实现也可能对超时间隔的粒度进行限制。如果请求的超时间隔需要比实现支持的更精细的粒度，则实际超时间隔应四舍五入到下一个支持的值。

在通用系统上很难避免这种情况。您将获得合理的结果，尤其是在多核系统上，通过将进程锁定在内存中mlockall( ）。 sched_setschedulerSCHED_FIFO

一种更困难的方法是使用专用于运行实时代码的实时微控制器。有些人声称使用该技术可以在相当便宜的硬件上以 20MHz 可靠地采样。

于 2017-02-20T18:42:41.677 回答
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如果 forstruct timeval的值设置为零，则select不会阻塞，但如果 timeout 参数是 NULL 指针，它将...

如果 timeout 参数不是 NULL 指针，它指向 struct timeval 类型的对象，该对象指定等待选择完成的最大间隔。如果 timeout 参数指向成员为 0 的 struct timeval 类型的对象，则 select() 不会阻塞。如果 timeout 参数是 NULL 指针，则 select() 阻塞，直到事件导致掩码之一返回有效（非零）值或直到出现需要传递的信号。如果时间限制在任何会导致掩码之一设置为非零值的事件发生之前到期，则 select() 成功完成并返回 0。

在这里阅读更多

编辑以解决评论并添加新信息：

有几点值得注意。

首先- 在评论中，建议将 sleep() 添加到您的工作循环中。这是一个很好的建议。此处所述的原因虽然处理线程入口点，但仍然适用，因为您正在实例化一个连续循环。

其次- Linux select()是一个具有有趣实现历史的系统调用，因此具有从实现到实现的一系列不同行为，其中一些可能会导致您看到的意外行为。我不确定 Linux Arch Linux的主要血统来自哪个，但man7.org 页面的 select()包括以下两个部分，根据您的描述，它们似乎描述了可能导致您延迟的情况经历。

错误的校验和： 

Under Linux, select() may report a socket file descriptor as "ready   
for reading", while nevertheless a subsequent read blocks.  This could  
for example happen when data has arrived but upon examination has wrong  
checksum and is discarded.

竞争条件：（介绍并讨论 pselect()） 

...Suppose the signal handler sets a global flag and returns.  Then a test  
of this global flag followed by a call of select() could hang indefinitely  
if the signal arrived just after the test but just before the call...

鉴于您对观察的描述，并根据您的 Linux 版本是如何实现的，这些实现特性中的任何一个都可能是一个可能的贡献者。

于 2017-02-20T14:46:03.690 回答