linux - 如何在 Linux 用户空间实现高精度定时器？

Question

我的 BeagleBoard 上安装了 Angstrom Linux。

我想实现每 500us 触发一次的非常精确的定时器。我阅读了有关 hrtimers 的内容，但我发现的所有实现都是针对内核空间的。我想在用户空间中实现它。

是否有任何 API 可以调用这些 hrtimers，我可以在用户空间或任何其他方式在 linux 中使用它来实现准确的计时器？

我已将 jiffy 设置为几纳秒。

Answer 1

最后，经过更多的努力，我找到了一个代码，建议使用 timer_create()，clock_gettime() 结合信号处理(handling SIGALRM)，类似于Basile Starynkevitch 在他的评论中提出了什么建议。

我在时钟类型为 CLOCK_MONOTONIC 的 1 GHz Beaglebone 上尝试了 500us 的间隔。

在 10000 次计时器过期的情况下，2% 的时间正好是 500us(我忽略了纳秒的差异)。 96.6% 的时间在 500 +/- 10us 范围内。其余时间，平均误差不超过 +/- 50us。

This is the link for the code

我在这里发布了稍微修改过的代码版本。我对代码做了以下修改:

1. 对于 ~10us 的小间隔，count 会无限递减，因此我在信号处理程序本身内添加了对测试次数 (count) 的控制。

2. 在运行计时器的中间添加一个 printf 会花费大量时间。因此，我将时差存储在一个数组中，然后在最后，即在最后一次测试之后，我打印了所有内容。

3. 我认为以 unsigned long(即以纳秒为单位)计算时间差比以 double(以秒为单位)计算更好，因为它更准确并且可能要快。因此，我修改了 timerdiff 宏以输出以纳秒为单位的差异。由于我使用的间隔为 500us 或更小，因此差异永远不会溢出 unsigned long 的范围。

如您所见，即使在修改之后，也只有 2% 的结果准确到 <1us。因此，现在我正在尝试一些更多的修改，比如不运行不必要的 linux 进程，进一步简化我的程序等。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

#define NSEC_PER_SEC 1000000000L

#define MAX_TESTS    10000

#define timerdiff(a,b) (((a)->tv_sec - (b)->tv_sec) * NSEC_PER_SEC + \
(((a)->tv_nsec - (b)->tv_nsec)))

static struct timespec prev = {.tv_sec=0,.tv_nsec=0};
static int count = MAX_TESTS;
unsigned long diff_times[MAX_TESTS];

void handler( int signo )
{
    struct timespec now;
    register int i, correct=0;

    if(count >= 0)
    {
        clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &now);
        diff_times[count]=timerdiff(&now, &prev);
        prev = now;
        count --;
    }

    else
    {
        for(i=0; i<MAX_TESTS; ++i)
        {
            if(diff_times[i]/1000 < 510 && diff_times[i]/1000 > 490)
            {
                printf("%d->\t", i);
                correct++;
            }
            printf("%lu\n", diff_times[i]);
        }
        printf("-> %d\n", correct);
        exit(0);
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i = 0;
    timer_t t_id;

    struct itimerspec tim_spec = {.it_interval= {.tv_sec=0,.tv_nsec=500000},
                    .it_value = {.tv_sec=1,.tv_nsec=0}};

    struct sigaction act;
    sigset_t set;

    sigemptyset( &set );
    sigaddset( &set, SIGALRM );

    act.sa_flags = 0;
    act.sa_mask = set;
    act.sa_handler = &handler;

    sigaction( SIGALRM, &act, NULL );

    if (timer_create(CLOCK_MONOTONIC, NULL, &t_id))
        perror("timer_create");

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &prev);

    if (timer_settime(t_id, 0, &tim_spec, NULL))
        perror("timer_settime");

    while(1);

    return 0;
}