Linux上的低延迟串行通信

问题描述 投票：16回答：7

我正在Linux上通过串口实现协议。该协议基于请求应答方案，因此吞吐量受到将数据包发送到设备并获得答案所需的时间的限制。这些设备大多是基于arm的，运行Linux> = 3.0。我遇到麻烦，将往返时间减少到10ms以下（115200波特，8个数据位，无奇偶校验，每个消息7个字节）。

什么IO接口会给我最低的延迟：使用ioctl手动选择，轮询，epoll或轮询？阻塞或非阻塞IO是否会影响延迟？

我尝试使用setserial设置low_latency标志。但它似乎没有效果。

还有其他我可以尝试减少延迟的事情吗？由于我控制所有设备，甚至可以修补内核，但它首选不要。

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串口控制器使用的是16550A。

c++ linux serial-port low-latency throughput
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请求/应答方案往往效率低下，并且在串行端口上很快显示出来。如果您对吞吐量感兴趣，请查看窗口协议，如kermit文件发送协议。

现在，如果你想坚持你的协议并减少延迟，选择，轮询，阅读都会给你大致相同的延迟，因为正如Andy Ross所说，真正的延迟是在硬件fifo处理中。

如果你很幸运，你可以在不修补的情况下调整驱动程序行为，但是你仍然需要查看驱动程序代码。但是，让ARM处理10 kHz中断率肯定不会对整体系统性能有利...

另一种选择是填充数据包，以便每次都达到fifo阈值。它还将确认是否存在fifo阈值问题。

10毫秒@ 115200就足以传输100个字节（假设为8N1），所以你看到的可能是因为没有设置low_latency标志。尝试

setserial /dev/<tty_name> low_latency

它将设置low_latency标志，当在tty层中向上移动数据时，该标志用于内核：

void tty_flip_buffer_push(struct tty_struct *tty)
{
         unsigned long flags;
         spin_lock_irqsave(&tty->buf.lock, flags);
         if (tty->buf.tail != NULL)
                 tty->buf.tail->commit = tty->buf.tail->used;
         spin_unlock_irqrestore(&tty->buf.lock, flags);

         if (tty->low_latency)
                 flush_to_ldisc(&tty->buf.work);
         else
                 schedule_work(&tty->buf.work);
}

schedule_work调用可能是您观察到的10毫秒延迟的原因。

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Linux上的串行端口被“包装”成unix风格的终端结构，它会以1个滴答延迟，即10毫秒。尝试stty -F /dev/ttySx raw low_latency有帮助，但不保证。

在PC上，你可以直接硬核并与标准串口通信，发出setserial /dev/ttySx uart none从串口hw取消绑定linux驱动程序，并通过inb/outb控制端口到端口寄存器。我试过了，效果很好。

缺点是当数据到达并且您必须轮询寄存器时不会中断。经常。

您应该可以在臂设备端执行相同操作，在异国情调的串行端口hw上可能会更难。

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在与更多工程师讨论该主题后，我得出结论，这个问题在用户空间无法解决。由于我们需要跨越桥接到内核域，我们计划实现一个内核模块，该模块可以协商我们的协议并为我们提供<1ms的延迟。

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事实证明我完全错了。所有必要的是增加内核滴答率。默认的100个滴答添加了10毫秒的延迟。 1000Hz和串行过程的负值很好，给了我想达到的时间行为。

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这些系统调用都不会对延迟产生影响。如果你想从用户空间尽快读取和写入一个字节，你真的不会比简单的read()/write()对更好。尝试使用来自其他用户空间进程的套接字替换串行流，并查看延迟是否有所改进。如果他们不这样做，那么你的问题是CPU速度和硬件限制。

你确定你的硬件可以做到这一点吗？发现具有缓冲设计的UART并引入许多字节延迟的情况并不少见。

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以下是setserial在端口文件描述符上设置低延迟的方法：

ioctl(fd, TIOCGSERIAL, &serial);
serial.flags |= ASYNC_LOW_LATENCY;
ioctl(fd, TIOCSSERIAL, &serial);
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简而言之：使用USB适配器和ASYNC_LOW_LATENCY。

我在Modbus上使用了基于FT232RL的USB适配器，速度为115.2 kbs。

我使用ASYNC_LOW_LATENCY获得大约20 mS的5笔交易（4台设备）。这包括对慢速设备的两次交易（4 mS响应时间）。

没有ASYNC_LOW_LATENCY，总时间约为60 mS。

使用FTDI USB适配器，ASYNC_LOW_LATENCY将芯片本身的字符间定时器设置为1 mS（而不是默认的16 mS）。

我目前正在使用自制的USB适配器，我可以将适配器本身的延迟设置为我想要的任何值。将其设置为200μS会使另一个mS偏离20 mS。

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无论您如何检查准备情况，在这些线速度下，您都不应该看到很大的延迟。

您需要确保串行端口处于原始模式（因此您执行“非规范读取”）并且正确设置了VMIN和VTIME。你想确保VTIME为零，这样一个字符间的计时器永远不会开始。我可能会先将VMIN设置为1并从那里调整。

与线路上的时间相比，系统调用开销无关紧要，因此select（）与poll（）等不太可能产生影响。

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