GPIO V2 API 高性能位爆破：避免可休眠 API 以提升性能

Linux

2024-03-11 14:25:48

深入探讨 GPIO V2 API：避免“可休眠 API”以获得更快的 GPIO 位爆破

背景

在用户空间开发 GPIO 位爆破时，我们追求卓越的性能，但遇到了障碍。通过调查 GPIO V2 API，我们发现了一个关键问题：避免使用“可休眠 API”。

“可休眠 API”是什么？

“可休眠 API”是一个含糊的术语，未在 GPIO V2 API 文档中定义。但是，Linux 驱动程序 API 文档提供了线索，它警告说：“确保可休眠 API 不用作 irq_chip 实现的一部分”。

我们推测，“可休眠 API”是指那些可能会导致系统休眠的 API 调用。这些 API 在实时应用程序中是不合适的，因为它们会增加延迟。

替代方案是什么？

如果“可休眠 API”不可用，那么如何获得最佳性能？我们的选择包括：

主动轮询： 以固定的间隔积极地检查 GPIO 状态。虽然这会消耗 CPU 时间，但它提供了最小的延迟。
epoll： 一种事件通知机制，当 GPIO 状态发生变化时会触发。与主动轮询相比，epoll 消耗的 CPU 时间更少，但它可能引入延迟。
自定义 IRQ 驱动程序： 开发一个专门用于 GPIO 位爆破的 IRQ 驱动程序。这是一种高度优化的解决方案，但需要深入的内核开发知识。

最佳实践

我们的经验表明，对于大多数实时 GPIO 应用程序，最佳实践如下：

避免使用 epoll 和其他“可休眠 API”。
谨慎使用主动轮询。
考虑开发自定义 IRQ 驱动程序以获得最高性能。

示例

以下是使用主动轮询提高 GPIO 位爆破性能的示例代码：

// 循环间隔（以微秒为单位）
#define POLL_INTERVAL 100

// 主循环
while (true) {
  // 读 GPIO 状态
  gpio_value_t state = gpio_get_value(gpio_handle);

  // 根据状态执行操作

  // 以循环间隔暂停
  usleep(POLL_INTERVAL);
}