48762 (Реализация системы управления реального времени в ОС Windows), страница 2

Посмотрим какие задержки мы сможем использовать в случае более высоких частот (до 1 кГц) и что будет если запустить драйвер не на «холостых оборотах» системы, а с наличием внешней нагрузки.

4.6 Увеличение частоты срабатывания

Драйвер был запущен для частоты 1 кГц. Увеличивая постепенно время задержки было получении предельное значение около 200 мкс. Как видно, увеличение частоты в 1000 раз привело к уменьшению длительности задержки более чем в 1000 раз. В принципе даже такого интервала задержки могло бы хватить для реализации системы управления реального времени, однако следует учесть еще один фактор. В реальной системе помимо нашего драйвера выполняются еще и другие приложения, которые тоже требуют процессорного времени и других системных ресурсов. Проверим работу драйвера в присутствии таких приложений.

4.7 Работа параллельно с другими приложениями

Для проведения исследования этого рода было написано специальное приложение, которое может создавать нагрузку определенного рода.

4.7.1 Нагрузка на подсистему GDI

Известно, что подсистема GDI Windows имеет свой системный поток с приоритетом реального времени. Можно ожидать, что при большом количестве запросов к этой подсистеме может вызвать сбой в работе нашего драйвера. Проверим это.

Драйвер был запущен на частоте 1 кГц параллельно с приложением, выполняющим активное рисование средствами GDI. Стабильная работа драйвера сохранилась, однако графический вывод производился с заметными «рывками».

4.7.2 Работа со страничными отказами

Серьезной проблемой могут стать страничные отказы, происходящие в системе. Запуск на частоте 1 кГц параллельно с приложением, генерирующем множественные страничные отказы дал очень интересные результаты. Драйвер не смог выдержать временные задержки в 200 мкс. Более того, даже более короткие задержки (до 25 мкс) не давали устойчивой работы драйвера.

Рис 4.6. Остановка при обнаружении сбоя

Ситуация меняется к лучшему при увеличении приоритета потока драйвера. Можно предположить, что обработка страничных отказов выполняется также при помощи системного потока. Если мы устанавливаем свой приоритет выше его, то стабильность работы повышается. На приоритете 30 и частоте 1 кГц удалось добиться стабильной работы при страничных отказах с задержками до 100 мкс.

5. Заключение

Мы пронаблюдали работу драйвера, предназначенного для реализации системы реального времени, содержащего в себе системный поток, выполняющийся с приоритетом реального времени.

После проведения некоторого количества экспериментов были получены допустимые времена задержек для частоты 1 кГц в «холостом» режиме работы системы и в режиме множественных страничных отказов. Для тестовой системы в первом случае время составило 200 мкс, а во втором 100 мкс.

Теоретический предел для частоты 1 кГц очевидно 1000 мкс, т.е. для полезной обработки данных внешнего устройства могут быть использованы 10—20% процессорного времени.

При соблюдении этих условий на операционной системе Windows может быть реализована система управления реального времени предложенного типа.

Приложение 1

Исходный код управляющего потока

VOID TimerThreadProc(PVOID startContext)

{TRACE("-> TimerThreadProc, IRQL = %d",

KeGetCurrentIrql());

KeSetPriorityThread((PKTHREAD)pTimerThread,31);

KPRIORITY priority =

KeQueryPriorityThread((PKTHREAD)pTimerThread);

TRACE("TimerThread Priority: %d",priority);

SetTimer();

while(!bExitThread)

{KeWaitForSingleObject(&kTimer,

Executive,KernelMode,FALSE,0);

if (bExitThread) break;

LONG state = KeReadStateEvent(&kEvent);

if (state == 0)

{TRACE("TimerThreadProc: KeSetEvent");

KeSetEvent(&kEvent,FALSE,FALSE);}

else

{TRACE("[!] Event already in signaled "

"state; aborted");

bTimerWorks = false;

break;}}

KillTimer();

TRACE("<- TimerThreadProc, exiting");

PsTerminateSystemThread(STATUS_SUCCESS);}

Приложение 2

Исходный код рабочего потока

VOID ThreadProc(PVOID startContext)

{TRACE("-> ThreadProc, IRQL = %d",KeGetCurrentIrql());

KeSetPriorityThread((PKTHREAD)pThread,curSett.Priority);

for(int i = 0;!bExitThread;i++)

{TRACE("* ThreadProc: loop %d, "

"priority %d",i,

KeQueryPriorityThread((PKTHREAD)pThread));

KeWaitForSingleObject(&kEvent,Executive,KernelMode,

FALSE,0);

if (bExitThread) break;

// имитируем работу

TRACE(">> Start \"working\"");

DELAY(curSett.Delay);

TRACE(">> Stop \"working\"");

// сбрасываем событие чтобы снова начать его ждать

KeResetEvent(&kEvent);}

TRACE("<- ThreadProc, exiting");

PsTerminateSystemThread(STATUS_SUCCESS);}