c++ - 在性能关键型软件 (Qt) 中使用定时器

Question

我正在开发一个应用程序，负责通过 UDP 连接移动和管理机器人。

应用程序需要:

• 使用 SDL 读取操纵杆/用户输入。
• 每 20 毫秒生成并向机器人发送一个控制数据包 (UDP)
• 接收并解码来自机器人的响应数据包(~20 毫秒)。这是通过信号/槽机制实现的，不需要计时器。
• 出于调试原因接收和处理机器人消息。这不受时间限制。
• 定期更新用户界面，让用户了解机器人的状态(例如电池电压)。对于大多数情况，我还使用了 Qt 的信号/槽机制。
• 如果 1 秒后未收到响应，则使用看门狗禁用机器人。当应用程序收到机器人数据包时(~20 毫秒)重置看门狗

目前，我已经实现了以上所有内容。但是，当激活看门狗或使用两个或多个 QTimer 对象时，应用程序无法定期发送数据包。该应用程序通常可以工作，但我不认为它是“生产就绪”的。我尝试使用计时器的精度标志(Qt::Precise、Qt::Coarse 和 Qt::VeryCoarse)，但是我仍然遇到问题。

注意事项:

• 代码通常组织良好，代码库中没有“神对象”(大多数源文件长度少于 150 行，并且只创建必要的依赖项)。
• 大多数时候，我使用QTimer::singleShot()(例如，我只会在当前数据包发送后发送下一个数据包)。

我们在哪里使用计时器:

• 读取操纵杆输入(~50 毫秒，精确计时器)
• 发送机器人数据包(~20 毫秒，精确计时器)
• 更新 UI 的某些方面(约 500 毫秒，粗略计时器)
• 更新自启用机器人以来耗时(~100 毫秒，精确计时器)
• 实现看门狗(如果 1000 毫秒没有机器人响应，则将应用程序和机器人置于安全状态)
• 注意:当我们收到来自机器人的响应数据包时(~20 毫秒)，看门狗开始工作

对于将 QTimer 对象与性能关键代码一起使用，您有什么建议吗(欢迎提出任何想法)。请注意，我也曾尝试使用不同的线程，但这给我带来了更多问题，因为应用程序不会处于“同步”状态，因此无法有效控制我们测试过的机器人。

Answer 1

其实，我似乎低估了Qt的定时器和事件循环的性能。在我的系统上，事件循环周期平均大约 20k 纳秒加上调度排队函数调用的开销，间隔为 1 毫秒的计时器很少延迟，大多数超时是几千纳秒不到一毫秒。但它是一个高端系统，在嵌入式硬件上可能会差很多。

您应该花时间分析您的目标系统和 Qt 构建，以确定它是否确实可以足够快地运行，并根据这些测量结果调整您的时间安排以补偿系统延迟，从而使您的事件安排得更准时。

您一定要让计时器线程尽可能空闲，因为如果您通过 IO 或大量计算阻塞它，您的计时器将不准确。使用专用线程来安排工作，使用额外的工作线程来完成实际工作。您也可以尝试稍微调整一下线程优先级。

最坏的情况，寻找 3rd 方高性能事件循环实现或者创建你自己的，也可能是更快的信号机制。正如我在评论中已经提到的，Qt 的线程间排队信号非常慢，至少与间接函数调用之类的东西相比是这样。

最后但同样重要的是，如果您想每 N 个单位时间执行一次任务 X，则只有当任务 X 在您的系统上花费 N 个单位时间或更少时才有可能。您需要对每个任务以及同时运行的所有任务进行此考虑。并且为了得到准确的调度，你应该测量任务 X 花费了多长时间，如果小于它的频率，则在剩余时间内安排下一次执行，否则立即执行。