在实时嵌入式 Linux 中记录数据时出现延迟峰值

Question

我有一个机器人在 Beaglebone Black 上的 PREEMPT-RT 修补 Linux 操作系统上运行具有实时优先级的控制代码。所有代码都是用 C 语言编写的，运行频率为 500Hz。

在运行代码时，我经常注意到几百毫秒范围内的延迟，我已将其追踪到我编写的数据记录函数。这种延迟导致我的机器人控制失败，因为我有很多取决于实时功能。

代码的相关部分如下。为了清楚起见，我已经删减了很多代码，但如果需要，我会编辑这篇文章。

FILE *file;

int main(int argc, char** argv) {
    file = fopen(logname, "w");

    while (1) {
        /* Control code stuff*/

        logData();

        time_msec = time_msec + controlLoopTime;
    }
}

void logData() {
    if (time_msec - logTimer_msec >= LOG_TIMER) {
        logTimer_msec = time_msec;

        if (!bLogCreated) {
            fprintf(file,
                    "SensorData1 SensorData2 SensorDataN"
                    );
            bLogCreated = TRUE;
        }

        // log data to file
        fprintf(file,

                "%.2f %.2f\n",

                sensorData1, sensorData2, sensorDataN
        );
    }
}

我需要以良好的速率（可能是 100-125Hz）记录来自多个变量（可能是 20-50）的数据。不需要以控制速率（每 2 毫秒）记录数据，但我已将其减少到 12 毫秒，但我仍然每隔几分钟就会看到延迟峰值。

fprintf 调用可能存在延迟问题。这是 BeagleBone Black、我的代码的限制，还是仅仅是数据记录的性质？

这里提出了一个类似的问题，但似乎没有解决我的问题：Finding latency issues (stalls) in embedded Linux systems

Answer 1

使用fprintf 会耗费大量时间，尤其是对于 R/T 日志记录。登录二进制并编写一个实用程序以稍后将其打印出来。

代替：

fprintf(file,"%.2f %.2f %.2f",data1,data2,data3);

做：

fwrite(&data1,sizeof(double),1,file);
fwrite(&data2,sizeof(double),1,file);
fwrite(&data3,sizeof(double),1,file);

更好：

struct data {
    double data1;
    double data2;
    double data3;
    time_t event_time;
    ...
};

struct data data;

fwrite(&data,sizeof(struct data),1,file);

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如果仍然太慢，请将结构附加到环形队列并让单独的线程写出条目。

如果磁盘写入跟不上 [now] 二进制数据，请维护环形队列，仅在检测到致命错误时才转储队列

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另外，请考虑在写入时使用mmap 访问文件。在这里查看我的答案 [with benchmarks]：read line by line in the most efficient way *platform specific*