【飞腾平台实时Linux方案系列】第二十一篇 - 飞腾平台实时Linux性能测试与优化总结。-编程阁

一、简介：为什么要给飞腾做“实时体检”？

国产芯趋势：能源 PLC、矿山集控、车载 ECC 纷纷选用飞腾（FT-1500A/FT-2000/4），但芯片微架构、Cache 拓扑与 x86 不同，默认内核配置无法发挥实时性能。
痛点场景：
- 变电站测控装置：GOOSE 消息 1 ms 内不响应 → 保护误动。
- 轨道计轴系统：中断延迟 > 50 μs → 丢轴计数，影响行车安全。
掌握测试+优化技能= 让“国产芯+实时Linux”真正落地，替代传统 DSP/FPGA 方案，硬件成本降 40%，供应链安全可控。

二、核心概念：5 个关键词先搞懂

关键词	一句话说明	飞腾平台注意点
PREEMPT_RT	Linux 实时补丁，将中断线程化、自旋锁变互斥锁	需配合飞腾 ARCH=arm64 配置
cyclictest	实时延迟基准工具，测 IRQ→任务唤醒时间	本文用 RT-Tests 2.5
调度延迟	任务就绪→获得 CPU 的间隔，SIL 2 要求 < 100 μs	受 CPU 变频、NUMA 影响
DCVS	飞腾动态调频，默认开启 → 延迟抖动大	测试前建议锁定频率
可伸缩拓扑	飞腾 64 核采用 4 × Cluster	taskset 绑核时避免跨 Cluster

三、环境准备：10 分钟搭好“飞腾测试工作台”

1. 硬件

CPU：飞腾 FT-2000/4 或 FT-1500A（arm64 v8）
内存 ≥ 8 GB，SSD ≥ 128 GB，预留网口 × 2（千兆+千兆）

2. 软件

组件	版本	安装命令
OS	Ubuntu 20.04 for ARM	飞腾官网镜像
实时内核	linux-5.15.71-rt53	见下文一键脚本
测试套件	rt-tests 2.5	`apt install rt-tests`
性能工具	perf, tuna, taskset	`apt install linux-tools-common`
交叉编译	gcc-aarch64-linux-gnu	可选，嵌入式板子

3. 一键安装 RT 内核（可复制）

#!/bin/bash # install_ft_rt.sh set -e VER=5.15.71 RT_PATCH=patch-5.15.71-rt53.patch.xz wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v${VER}/linux-${VER}.tar.xz wget https://kernel.ubuntu.com/~kernel-ppa/mainline/v${VER}/${RT_PATCH} tar -xf linux-${VER}.tar.xz cd linux-${VER} xzcat ../${RT_PATCH} | patch -p1 cp /boot/config-$(uname -r) .config make ARCH=arm64 olddefconfig ./scripts/config --set-val CONFIG_PREEMPT_RT y make ARCH=arm64 -j$(nproc) deb-pkg sudo dpkg -i ../linux-*.deb sudo reboot

重启选 RT 内核进入，确认：

uname -r # 5.15.71-rt53

4. 创建实验目录

mkdir -p ~/ft-rt-bench && cd ~/ft-rt-bench

四、应用场景（300 字）

某 220 kV 智能变电站采用飞腾 FT-2000/4 作为就地测控单元，运行 PREEMPT_RT Linux。系统需同时完成：

GOOSE 报文硬实时接收→解析→出口继电器，端到端 ≤ 1 ms；
1588 对时误差 < 250 ns；
后台 104 规约并发 256 台客户端，CPU 占用 < 60%。

通过本文测试脚本，现场工程师 30 分钟输出“延迟-负载”曲线，发现 DCVS 导致 0.8 ms 抖动；锁定频率并绑核后，延迟降至 82 μs，顺利通过电网科院型式试验，实现国产芯替代 DSP 方案，单装置成本下降 35%，且供应链完全自主可控。

五、实际案例与步骤：从“跑基准”到“出报告”

每条命令可直接复制，保存为run.sh一键执行。

5.1 基础信息采集

#!/bin/bash # info.sh echo "=== CPU 信息 ===" lscpu | grep -E "Model name|Architecture|CPU\\(s\\)" echo "=== 内核配置 ===" grep PREEMPT /boot/config-$(uname -r) echo "=== 当前频率 ===" cat /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_cur_freq

作用：记录硬件与内核版本，报告首页贴截图。

5.2 实时延迟测试（cyclictest）

# latency.sh sudo cyclictest -p99 -i100 -d60s -m -Sp90 -q | tee cyclictest.log

参数说明：

-p99最高优先级，避免被其他任务抢占
-d60s采样 60 秒，现场可延长到 600 s
-m锁内存，防止 swap 干扰

结果示例：

T: 0 ( 1234) P:99 I:100 C: 600000 Min: 12 Act: 18 Avg: 20 Max: 82

Max=82 μs < 100 μs → 满足 SIL 2 要求。

5.3 负载压力叠加（stress-ng）

# load.sh stress-ng --cpu 4 --io 2 --vm 2 --vm-bytes 256M --timeout 60s & sudo cyclictest -p99 -i100 -d60s -m -q | tee cyclictest_load.log killall stress-ng

观察：满载下 Max 延迟是否仍 < 100 μs；若超标 → 进入第 6 节优化。

5.4 网络/IO 性能

A. 千兆网小包转发

# 需要另一台 PC 打流 sudo ethtool -G eth0 rx 4096 tx 4096 # 增大环形缓冲区 sudo pktgen_sample.sh 1000mb 1000000 # 发送 1M 个 64 B 包

B. 磁盘 IO 延迟（实时日志）

sudo fio --name=rt-log --rw=randwrite --bs=4k --size=100m --direct=1 \ --ioengine=libaio --iodepth=1 --runtime=60s --group_reporting

关注clat平均延迟，> 2 ms 需换 SSD 或 ext4 → xfs。

5.5 一键生成 HTML 报告

# report.sh gnuplot -e "set terminal html; set output 'latency.html'; plot 'cyclictest.log' using 2 title 'Latency/us'" echo "报告已生成，打开 latency.html 查看"

六、性能优化方法与最佳实践

关闭 CPU 变频

echo performance | sudo tee /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor

隔离核
内核参数isolcpus=2,3+rcu_nocbs=2,3
实时任务绑定：taskset -c 2 ./your_rt_app

中断亲和

echo 1 > /proc/irq/24/smp_affinity # 把网卡中断绑到 Core0，远离实时核

禁用不必要驱动
内核配置关闭CONFIG_USB_CONFIGFS_F_FS，减少关中断时间。

使用tuna图形化调整

sudo tuna -c 2-3 -i eth0 -x # 把 eth0 中断从 2-3 移走

大页+锁内存
```
mlockall(MCL_CURRENT | MCL_FUTURE);
```
日志异步化
实时线程不写磁盘；使用ringbuf + low-prio后台线程批量落盘。

七、常见问题与解答（FAQ）

问题	现象	解决
cyclictest Max > 1 ms	变频未关	确认 governor=performance
网络小包丢包	rx_errors 增加	增大 ring buffer + 绑中断
报告中文乱码	HTML 无 meta	加`<meta charset="utf-8">`
隔离核后 SSH 连不上	孤立核含 Core0	留 Core0 给系统， isolcpus=2,3
fio 报“Read-only”	在容器内	宿主机或 --privileged 启动

八、总结：一张脑图带走全部要点

飞腾实时性能测试 ├─ 环境：RT 内核 + 关闭变频 + 隔离核 ├─ 工具：cyclictest + stress-ng + fio + tuna ├─ 指标：延迟 < 100 μs，网络不丢包，IO clat < 2 ms ├─ 优化：锁内存、大页、中断亲和、驱动裁剪 └─ 报告：HTML 可视化 + 版本记录

国产芯 + 实时 Linux 不再是“能用”，而是“好用”且“可控”。
把本文脚本 push 到你的 GitLab，下次面对电网、矿山、轨交客户，只需 30 分钟就能交出一份带数字签名的性能报告——让“自主可控”真正落地，也让飞腾平台在关键基础设施中跑得更快、更稳、更安全！