Gerçek Zamanlı Sistemlerde Dikkat Edilecekler ve Gecikme

Gerçek zamanlı bir sistem, bir zaman sınırı içinde yanıt vermelidir. Zaman sınırlarının aşılması başarısızlığa yol açar:

• Katı gerçek zamanlı — aşılmış zaman sınırı sistemin başarısız olması demektir (tıp, havacılık)
• Yumuşak gerçek zamanlı — aşılmış zaman sınırları kaliteyi düşürür, ancak tolere edilir (ses, video)

Gerçek zamanlı kod, en yüksek performans yerine öngörülebilir zamanlamaya değer verir. Her zaman 10us süren bir işlev, 1-20us süren bir işlevden daha çok tercih edilir.

Öbek işlemleri öngörülemezdir — parçalanma ve ayırıcı kararları buna neden olur. Başlangıçta bellek ayırın ve yeniden kullanın. Gömülü kodlama standartları genellikle başlatma dışında new kullanımını yasaklar.

Özel durum fırlatmanın maliyeti öngörülemezdir. Gerçek zamanlı C++ kodlarının çoğu -fno-exceptions ile derlenir.

Sanal işlevler bir dolaylı erişim ekleyebilir ve dallanma tahminini olumsuz etkileyebilir. Statik çok biçimlilik için şablonları veya CRTP'yi kullanın.

Kilitler öncelik terslenmesine neden olabilir — düşük öncelikli bir iş parçacığının tuttuğu kilit, yüksek öncelikli iş parçacığını engeller. Kilitsiz veri yapıları bu sorunu önler.

Kilit kullanmanız gerekiyorsa, öncelik mirasını destekleyenleri tercih edin — işletim sistemi kilidi tutan iş parçacığının önceliğini geçici olarak yükseltir.

Kodunuzdaki en kötü yolu analiz edin. Araçlar ve elle yapılan analiz, bir işlevin çalışmasının alabileceği en fazla çevrim sayısını tahmin eder. WCET, zamanlama kararlarını yönlendirir.

Katı gerçek zamanlı sistemler için bir RTOS (FreeRTOS, Zephyr, VxWorks) veya işletim sistemi olmadan doğrudan donanım üzerinde çalışın. Genel amaçlı işletim sistemleri görevinizi süresiz olarak geciktirebilir.

Önbellek kaçırmaları ve TLB kaçırmaları öngörülemeyen duraklamalara neden olur. Verileri önbelleğe kilitleyin veya en kritik bölümler için çalışma RAM'i kullanın.

Genel öbek yerine önceden boyutlandırılmış havuzlardan bellek ayırın. Ayırma ve serbest bırakma sabit zamanda gerçekleşir. Gömülü birçok C++ projesi yalnızca bunlara güvenir.

Bir iş istasyonundaki performansın MCU'daki performansla pek ilgisi yoktur. Gerçekçi yükle her zaman hedef donanımda kıyaslama yapın.

Gerçek zamanlı C++ kodlarında öbekten bellek ayırma neden sorunludur?

Gerçek zamanlı C++, en yüksek performans yerine öngörülebilirliği tercih eder. Öbekten bellek ayırmaktan, özel durumlardan, sanal çağrılardan ve işletim sistemi tarafından yönetilen kilitlerden kaçının. Statik bellek, bellek havuzları ve kilitsiz yapılar kullanın; en kötü durum yürütme süresini analiz edin. Gerçek hedefte profil oluşturun.