使用Tracealyzer調(diào)試Zephyr中的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)

Percepio Tracealyzer已經(jīng)在600多個(gè)支持Zephyr的開(kāi)發(fā)板上完成了驗(yàn)證，可以幫助開(kāi)發(fā)人員改進(jìn)Zephyr應(yīng)用的調(diào)試和性能分析。

Zephyr結(jié)構(gòu)良好的構(gòu)建系統(tǒng)和配置框架使得跨硬件平臺(tái)的調(diào)試和跟蹤變得更加容易。最新的測(cè)試表明，Tracealyzer與我們測(cè)試的649塊電路板中的617塊兼容。不兼容的主板大多有內(nèi)存限制（可用于跟蹤的內(nèi)存少于32KB），或者是需要額外主機(jī)編譯器配置的模擬系統(tǒng)。

開(kāi)發(fā)板列表：https://docs.zephyrproject.org/latest/boards/index.html#

對(duì)于Zephyr開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，如果你正在使用的開(kāi)發(fā)板已在支持列表中，那么現(xiàn)在就可以使用Tracealyzer在基于時(shí)間軸的直觀界面可視化系統(tǒng)運(yùn)行行為，包括線(xiàn)程執(zhí)行、CPU使用情況及內(nèi)核事件。

在Zephyr中使用Tracealyzer

為Zephyr設(shè)置Tracealyzer跟蹤很簡(jiǎn)單，在Zephyr應(yīng)用中啟用Tracealyzer快照跟蹤的步驟如下：

? 確保硬件有足夠的內(nèi)存。為了有效跟蹤，建議至少使用32KB。

? 修改Zephyr配置，在project.conf添加：

CONFIG_TRACING=y CONFIG_PERCEPIO_TRACERECORDER=y CONFIG_PERCEPIO_TRC_CFG_STREAM_PORT_RINGBUFFER=y CONFIG_PERCEPIO_TRC_START_MODE_START=y

? 如果內(nèi)存緊張，可以減少RingBuffer的大?。?/p>

CONFIG_PERCEPIO_TRC_CFG_STREAM_PORT_RINGBUFFER_SIZE = 5120

? 構(gòu)建并運(yùn)行應(yīng)用程序，Tracealyzer將收集分析數(shù)據(jù)，后續(xù)可以分析這些數(shù)據(jù)了解系統(tǒng)行為。

有關(guān)更詳細(xì)的指南，可以查看Zephyr設(shè)置文檔：https://percepio.com/getstarted/latest/html/zephyr.html#using-the-syscall-extension-zephyr-3-4-0-and-later。

用Tracealyzer調(diào)試

Zephyr中的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)

在像Zephyr這樣的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)，因?yàn)榈蛢?yōu)先級(jí)的任務(wù)占用了高優(yōu)先級(jí)任務(wù)需要的資源導(dǎo)致高優(yōu)先級(jí)任務(wù)被阻塞。如果任務(wù)調(diào)度和同步行為不可見(jiàn)，很難檢測(cè)到這個(gè)問(wèn)題。

診斷優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)示例

在一個(gè)基于Zephyr的應(yīng)用程序中，其中高優(yōu)先級(jí)的DataProcessingTask任務(wù)應(yīng)該立即運(yùn)行，但意外地延遲了。低優(yōu)先級(jí)的SensorTask持有互斥信號(hào)量，阻止了DataProcessingTask任務(wù)的執(zhí)行。

原則上，高優(yōu)先級(jí)任務(wù)（上圖的H）不應(yīng)該被低優(yōu)先級(jí)任務(wù)阻塞。在實(shí)踐中，某些設(shè)計(jì)決策無(wú)論可能會(huì)導(dǎo)致這種情況發(fā)生，這種情況被稱(chēng)為優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。

通過(guò)Tracealyzer跟蹤調(diào)試

1 捕獲跟蹤數(shù)據(jù)：運(yùn)行啟用了Tracealyzer跟蹤功能的應(yīng)用程序，收集系統(tǒng)執(zhí)行的快照信息。

2 分析執(zhí)行時(shí)間軸：在Tracealyzer中打開(kāi)跟蹤文件并查看任務(wù)執(zhí)行圖。

3 識(shí)別阻塞依賴(lài)：使用Tracealyzer可視化工具查找DataProcessingTask任務(wù)正在等待的位置，并查看哪個(gè)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)正在占用資源。

4 確認(rèn)優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)：如果低優(yōu)先級(jí)任務(wù)（SensorTask）阻塞了高優(yōu)先級(jí)任務(wù)（DataProcessingTask），檢查是否啟用了優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制。

5 解決問(wèn)題

啟用互斥信號(hào)量的優(yōu)先級(jí)繼承（在prj.conf中設(shè)置CONFIG_PRIORITY_CEILING=y）。

優(yōu)化任務(wù)調(diào)度，減少阻塞時(shí)間。

考慮分解長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的低優(yōu)先級(jí)任務(wù)。

使用Tracealyzer，這種類(lèi)型的分析變得簡(jiǎn)單明了，幫助用戶(hù)快速查明和解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題。

多任務(wù)軟件系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的實(shí)際行為，取決于許多因素，比如任務(wù)和中斷的時(shí)間、它們的相互作用和輸入。憑借Zephyr的強(qiáng)大架構(gòu)和我們驗(yàn)證的開(kāi)發(fā)板支持，通過(guò)Tracealyzer跟蹤工具，用戶(hù)可以更好地了解Zephyr系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)世界。

麥克泰技術(shù)代理Tracealyzer，具有豐富的RTOS分析軟件與調(diào)試工具使用方面的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，歡迎咨詢(xún)info@bmrtech.com。