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rt-thread 驅動篇(三) serialX 壓力測試

出出 ? 來源:出出 ? 作者:出出 ? 2022-06-22 09:22 ? 次閱讀

前言

本周筆者花了好多天的時間,計劃從多個方面對串口驅動做個比較。下面就從以下幾個角度做個對比測試
1. 工作模式對照
2. close open 測試
3. poll 發送測試
4. flush 支持測試
5. 非阻塞收發測試
6. 阻塞收發測試
7. 回環測試數據丟失率

其它未測試項:stream 支持,因為 v1 v2 只有 poll 模式支持, serialX 可以全模式支持,這一項未進行對比。

測試環境

- rt-thread 4.1.0
- STM32F429-ATK-APOLLO
- 串口收發緩存均設定 128 字節

工作模式對照

版本 poll收發 阻塞/非阻塞 驅動層緩存 DMA支持 STREM 支持
v1 Y - - Y 僅poll
v2 Y * Y Y 僅poll
X Y Y Y Y 全模式

> \* v2 對阻塞概念的認識,僅認為是降低 cpu 耗用。

close & open 測試

測試過程:

1. 先用 poll 模式打開,打開失敗直接返回;成功輸出 "POLL modeopen opened\n" 。
2. 輸出 "CLOSE & REOPEN\n" 。關閉串口設備,再用中斷收發模式打開,打開失敗直接返回;成功輸出 "INT mode opened\n" 。
3. 最后循環關閉打開 1百萬次。打開失敗直接返回。
4. 測試通過,使用 poll 模式打開串口設備,并輸出 "REOPEN successfull\n"。準備進入下一項測試。

版本 v1 v2 X
測試結果 通過 通過 通過

poll 發送測試

用 poll 模式打開串口,發送若干數據。

版本 v1 v2 X
測試結果 通過 通過 通過

flush 支持測試

如果沒有 flush ,驅動緩存的數據可能沒有完全輸出到外設,這個時候 close 設備可能出現丟失部分數據。

使用 flush 的目地就是保證驅動層緩存數據完全輸出到外設,之后對設備的任何操作不會影響之前的數據。

版本 v1 v2 X
測試結果 不支持 不支持 通過

> 因為 v1 不支持非阻塞發送,也沒有驅動層緩存,write 總是把最后一個字節寫到串口移位寄存器后才返回。所以 v1 不會出現丟失數據的現象。

> v2 在這一環節的表現和 v1 是一樣的,大家可以猜猜原因是啥。

**注:本部分為了測試 flush 特性有效性,因此 X 出現 close 的時候出現丟數現象。使用版在 close 設備的時候應該強制 flush 一下的。**

非阻塞收發測試

使用中斷非阻塞模式打開串口設備,發送 10k 左右數據量,同時測量一下時間。

數據量 v1 v2 X
102400 102400 / 9762ticks 102400 / 8863ticks 102400 / 8863ticks
10240 10240 / 976ticks 10240 / 876ticks 10240 / 876ticks
128 128 / 12ticks 128 / 11ticks 128 / 11ticks

這部分測試大體上符合預期,因為有緩存,v2 和 X 先把數據放到緩存中就返回了。這樣可以減少發送等待時間。

阻塞收發測試

數據量 v1 v2 X
102400 102400 / 9762ticks 102400 / 8902ticks 102400 / 8866ticks
10240 10240 / 976ticks 10240 / 890ticks 10240 / 884ticks
128 128 / 12ticks 128 / 11ticks 128 / 11ticks

> v1 在非阻塞和阻塞兩種模式下的表現是一樣的,因為它沒有阻塞概念。
>
> v2 耗時比 v1 少,這是在預料中的,但是,它還是比 X 多了幾個 tick 。這也是上文中工作模式對照部分對它的阻塞/非阻塞特性加 \* 的原因。

特別測試,當每次寫小于串口驅動層緩存大小的數據時,

數據量 v2 X
16 1ticks 0ticks
32 5ticks 0ticks
128 11ticks 0ticks

為什么出現了和上面表格不一樣的結果,因為這次測試,每次寫之前有個 1s 延時,保證串口緩存是空的。**當串口緩存大小是 N 前提下,每次 write 小于等于 N 數量的數據應該可以直接寫到緩存,并立馬返回!**所以,對于 X 來說耗時就是 **0**。

這個很重要,**當我們用串口調試程序,需要打印一些信息的時候,又不希望因為串口輸出數據影響到其它業務的時序,或者,最大限度地降低因串口輸出數據而影響其它程序執行時序**。

回環測試數據丟失率

使用阻塞模式打開串口設備。這次通過串口調試助手以 20ms 的定時間隔,發送 384 字節數據。

版本 v1 v2 X
丟失率 671144 / 556848/17.03% 1208816/1070464/11.45% 2390800/2390800/0%

> v2 在這一步表現很差,第一次,筆者應用層緩存是 512 字節,想 `rt_device_read(uart, -1, recvbuf, 512);` 發現 read 不到任何數據,read 也不阻塞了,而是總能返回,單步進去看到,但接收的數據大于驅動緩存的時候,驅動拒絕處理,直接返回0!!!v2 的缺陷之一。
>
> 鑒于以上原因,之后改成 `rt_device_read(uart, -1, recvbuf, 128);` 應用緩存和驅動緩存大小相等。
>
> 手動單次發送,一次發送 344 字節數據(多于驅動緩沖大小),接收 256 字節,再次發送,接收 384 字節,第三次發送接收還是 256 字節,第四次又變成 384字節。

即便考慮到 v2 的上述缺陷,最多有 127 個字節數據被“滯留”串口驅動緩存里未及時返回。也彌補不了上述丟失率!

開啟 DMA 的表現

很遺憾,v1 只支持 DMA 接收不支持 DMA 發送(估計以后也用不上 v1 了),由以上對比測試我們發現 v2 和 v1 很類似,在測試 v2 DMA 接收發送時也發現總體效果和使用中斷沒多少差異。

X 的表現如何呢?等待您的發現!

> 遺憾的是,筆者對 STM32 的 HAL 極其不熟悉,又極其不想用 HAL 。花了很長時間想自己通過寄存器配置實現,最終沒成功,還是放棄了。
>
> HAL 有一個好處,那就是幾乎可以適配 STM32 所有系列芯片。但是,HAL 不是為 OS 而生的 `#error "USE_RTOS should be 0 in the current HAL release"`,在 OS 上用終究有可能遇到失鎖的問題。
>
> 使用 HAL 還有個小小的瑕疵,那就是 `is_dma_txing` 判斷變得不友好,無奈之下,筆者在 `struct stm32_uart` 中添加了個 `rt_bool_t dmaTxing;` 變量 —— ”HAL 中 gState 和 RxState 已經夠多了“ 。算是目前的一個小遺憾吧。

結束語

最后,依舊公開測試代碼,本次測試使用的代碼可以在 [serialX]( https://gitee.com/thewon/serialX ) 倉庫找到。近期,筆者也會將 serialX 提交到 rt-thread 主倉庫。

提前預告,下次我們來聊聊 serialX 在做控制臺串口時遇到的問題已經解決方案(包括使用中斷 DMA 收發模式打開的串口設備)。

相關文章:

rt-thread 驅動篇(一) serialX 框架理論

rt-thread 驅動篇(二) serialX 理論實現

審核編輯:湯梓紅

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    長期以來,嵌入式軟件一直被用于安全性非常重要的關鍵應用。由于嵌入式設備通常是與物聯網 (IoT) 上....
    發表于 07-14 14:50 ? 434次 閱讀
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    運行RTOS的高級DSP是物聯網更理想的選擇

    隨著新市場的增長和隨之而來的技術要求,一些技術得到越來越多的利用。一種這樣的技術是數字信號處理 (D....
    發表于 07-14 12:07 ? 476次 閱讀
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    基于N32G457和RT-Thread打造的私有化定制家用式智能告警系統

    本文要講述的正是這樣一套智能的IoT系統在家庭環境下的部署應用,它能夠幫助人們解決一些危險難題。
    發表于 07-14 11:02 ? 179次 閱讀

    電源如何進行效率測試 注意事項有哪些

    效率是電源測試中十分常見的測試項,高效的電源表現是眾多廠家一直追求的目標。在芯片的規格書中,一般會提....
    發表于 07-14 09:19 ? 105次 閱讀

    確定電路材料Dk和Df的測試方法

    確定電路材料的Dk(介電常數,εr)和Df(損耗因數,Tanδ)的測試方法多種多樣,比如IPC有12....
    的頭像 微波射頻網 發表于 07-13 14:35 ? 282次 閱讀

    吉時利萬用表DMM6500

    吉時利萬用表DMM6500 6位半圖形觸摸屏數字萬用表觸摸屏工作臺/生產測試數字萬用表具有更多測量能....
    的頭像 agitek456 發表于 07-12 11:36 ? 264次 閱讀
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    天線的阻抗分析與測試

    在一般天線制作中,由于阻抗關系到天線的匹配,也就關系到天線的駐波,所以,通常把駐波調小,阻抗也就基本....
    發表于 07-11 11:06 ? 269次 閱讀
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