Formation Linux, temps réel sous Linux

Objectif opérationnel:

Découvrir l'ensemble des outils de développement industriel disponibles librement sous Linux.

Objectifs pédagogiques:

Concrètement, à l'issue de cette formation Temps réel sous Linux vous serez en mesure de :

• Ordonnancer sous Linux
• Maitriser la notion de temps-réel souple (ordonnancements Fifo et Round-Robin sur un noyau standard Vanilla, fluctuations des timers, latence d'interruption, problèmes temps-réel classiques.)
• Maitriser la notion de temps-réel amélioré (principes de PREEMPT_RT, application du patch et compilation du noyau, mesure des améliorations de fluctuation ou de latence.)
• Mettre en oeuvre l'extensions temps-réel strict (Installation et examen de Xenomai, exemple d'applications avec l'API Xenomai, handlers d'interruption.)

Public :

Cette formation Linux temps réel cible principalement les développeurs.

Prérequis :

Les participants doivent disposer d'une bonne connaissance d'Unix ou de Linux et d'une bonne connaissance de la programmation en C.

Ordonnancement sous Linux

Introduction

Noyau et espace utilisateur, organisation du système, répartition des ressources.

Multi-tâche sous Linux

Processus et threads Posix.
Synchronisation et communication entre tâches.

Systèmes multi-processeurs symétriques (SMP)

Multi-processeur, multi-coeur, hyperthreading.
Affinités et migrations des tâches.

Temps-partagé

Ordonnanceurs O(1) et CFS, groupement automatique des tâches.
Priorités, nice

Travaux pratiques

Comparaison des temps de création et commutation des processus et des threads.
Vitesse de communication par file de messages.
Utilisation de la mémoire partagée.
Synchronisation par mutex et par variable condition. Influence de la priorité temps-partagé.

Temps-réel souple

Fifo et Round-robin

Passage en temps-réel.
Priorités.
Garde-fou temps réel.

Timers

Création de timers Unix et Posix.
Mesures temporelles.

Interruptions

Principe.
Organisation des handlers.
Préemptibilité du noyau.
Latences.

Problèmes temps-réel classiques

Lancement de tâches en parallèle.
Inversion de priorité.
Reprise de mutex.

Travaux pratiques

Création de processus et de threads temps-réel.
Mesure de précision des timers.
Effet de la préemptibilité du noyau sur la latence des interruptions.
Examen d'inversion de priorité.
Héritage de priorité.
Test de reprise de mutex.

Temps-réel amélioré avec PREEMPT_RT

Patch PREEMPT_RT

Principe.
Patch d'Ingo Molnar et Thomas Gleixner.
Compilation du noyau.

Préemption totale

Effets de l'option de préemptibilité totale.
Activation à la compilation.

Threadeds interrupts

Configuration de la priorité des handlers d'interruptions.

Instrumentation et mesures

Outils RT-test et cyclictest.

Travaux pratiques

Compilation d'un noyau après application du patch PREEMPT_RT.
Vérification de la préemptibilité.
Utilisation de cyclictest et comparaison avec le noyau standard.
Comparaison du comportement des exemples du chapitre précédent.

Extensions temps-réel strict pour Linux

Principes du temps-réel strict (Hard Realtime)

Noyau standard et extensions RT-Linux, RTAI, Xenomai...

Installation et validation de Xenomai

Patch et bibliothèque utilisateur.
Compilation du noyau et des outils de test.

Applications sous Xenomai

Tâches Xenomai.
Timers et tâches périodiques.
Communication et synchronisation.

Gestion des interruptions

Interface de programmation RTDM.

Travaux pratiques

Compilation et installation de Xenomai.
Création de tâches.
Synchronisation.
Vérification des priorités par rapport aux tâches du noyau standard.
Priorités par rapport au kernel Linux.
Test de précision des timers.
Mesure des latences d'interruption.

Conclusion

Discussions libres sur l'ensemble des thèmes abordés.

Travaux pratiques

Expérimentations libres suivant les demandes des participants.

Les nombreux exercices et études de cas progressifs sont réalisés sur un réseau de serveurs Linux. Tous les programmes réalisés en TP existent sous forme de squelettes que les participants complètent eux-mêmes. Un CDrom est fourni à chacun des participants contenant la correction des travaux pratiques.