将计时器与性能关键型软件 (Qt) 结合使用

Question

我正在开发一个应用程序，负责通过 UDP 连接移动和管理机器人。

申请需要：

• 使用 SDL 读取操纵杆/用户输入。
• 每 20 毫秒生成并发送一个控制数据包给机器人（UDP）
• 接收并解码来自机器人的响应数据包（约 20 毫秒）。这是通过信号/槽机制实现的，不需要定时器。
• 出于调试原因接收并处理机器人消息。这没有时间限制。
• 定期更新 UI，让用户了解机器人的状态（例如电池电压）。对于大多数情况，我还使用了 Qt 的信号/槽机制。
• 使用看门狗，如果 1 秒后未收到响应，则会禁用机器人。当应用程序收到机器人数据包时（约 20 毫秒），看门狗会重置

目前，我已经实现了以上所有内容。然而，当看门狗被激活或使用两个或多个

QTimer

对象时，应用程序无法定期发送数据包。该应用程序通常可以工作，但我不认为它是“生产就绪”。我尝试过使用计时器的精度标志（

Qt::Precise

、

Qt::Coarse

和

Qt::VeryCoarse

），但我仍然遇到问题。

备注：

• 代码总体组织良好，代码库中不存在“上帝对象”（大多数源文件长度不到 150 行，仅创建必要的依赖项）。
• 大多数时候，我使用

  QTimer::singleShot()

  （例如，只有当前数据包发送完毕后，我才会发送下一个数据包）。

我们使用定时器的地方：

• 读取操纵杆输入（~50 毫秒，精确计时器）
• 发送机器人数据包（~20 毫秒，精确计时器）
• 更新 UI 的某些方面（~500 毫秒，粗定时器）
• 更新机器人启用后经过的时间（~100 毫秒，精确计时器）
• 实现看门狗（如果 1000 毫秒过去而机器人没有响应，则将应用程序和机器人置于安全状态）
• 注意： 当我们收到机器人的响应数据包时（约 20 毫秒），看门狗就会被喂食

对于将 QTimer 对象与性能关键型代码一起使用，您有什么建议吗（欢迎任何想法）。请注意，我也尝试过使用不同的线程，但这给我带来了更多问题，因为应用程序不会“同步”，因此无法有效控制我们测试的机器人。

Answer 1

实际上，我似乎低估了Qt的定时器和事件循环性能。在我的系统上，事件循环周期平均需要大约 20k 纳秒，加上调度排队函数调用的开销，并且间隔为 1 毫秒的计时器很少会延迟，大多数超时都比毫秒短几千纳秒。但它是一个高端系统，在嵌入式硬件上可能会差很多。

您应该花时间分析您的目标系统和 Qt 构建，以确定它是否确实可以足够快地运行，并根据这些测量结果，调整您的计时以补偿系统延迟，以便更准时地安排您的活动。

你绝对应该让定时器线程尽可能自由，因为如果你通过 IO 或大量计算来阻塞它，你的定时器将不准确。使用专用线程来安排工作，并使用额外的工作线程来完成实际工作。您也可以尝试稍微调整一下线程优先级。

最坏的情况，寻找第 3 方高性能事件循环实现或创建您自己的，也可能是更快的信号机制。正如我在评论中已经提到的，Qt 的线程间排队信号非常慢，至少与间接函数调用之类的东西相比是这样。

最后但并非最不重要的一点是，如果您想每 N 个时间单位执行一次任务 X，则只有当任务 X 在您的系统上花费 N 个或更少的时间单位时才可能实现。您需要对每个任务以及同时运行的所有任务进行考虑。而为了得到准确的调度，你应该测量任务 X 花费了多长时间，如果小于其频率，则在剩余时间内安排下一次执行，否则立即执行。