環境計測に用いられるOSのリアルタイム性の比較

環境計測に用いられるOSの
リアルタイム性の比較
ー RTLinuxの導入ー
環境計測
アナログ信号
デジタル信号
コンピューター
環境計測
八木英二
八木英二
検出器
ADC
割り込み信号
I/Oボード
メモリ
終了信号
14 Feb 2003
環境計測卒論発表会
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本研究の目的
★Linux、RTLinuxでI/O処理および割り込み処理の速
度、信頼性（割り込みの数え落とし）を比較。
★RTLinuxが放射線計測システムに利用可能である
かを計測。
比較内容
割り込み反応速度
割り込み反応速度のばらつき
割り込みの数え落とし（信頼性）
放射線計測に必要となるネットワーク転送やグラフィック表示を
割り込みの負荷として与え、各データの変化を計測。
14 Feb 2003
環境計測卒論発表会
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RTLinuxとは
• Linuxを元にリアルタイム性を拡張したOS。
計測におけるリアルタイム性を保証
利点
• Web SiteからFreeで入手可能
• オープンソースなので、自由に参照（改造）可能
• Linuxの機能、アプリケーションをそのまま利用可能
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RTLinuxの処理の流れ
Linux プロセス
スケジューラ
Linuxカーネル
RT-FIFO
RTLinuxモジュール
RTLinuxスレッド
スケジューラ
リアルタイムカーネル
ハードウェア割り込み
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計測システム
CPU
Celeron 466 MHz
メモリ
64 MB
ハードディスク
80 GB
I/Oボード
PCI-2702C
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使用OS
Linux、RTLinux、MS-DOS、Win-DOS
開発言語 C言語
⇒全てのOSで統一した動き
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実験概要
割り込み応答速度
割り込みの数え落とし
デジタルオシロスコープ
測定
コンピュータ
Linux or RTLinux
CPU
画面
ネットワーク
別処理
計算
転送
表示
負
荷
処理結果
パルサー
出力信号
割り込み信号
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I/O
ボード
割り込み
処理
検知
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実験内容①
・負荷あり
• 負荷なし
割り込み応答速度
実験
1. 割り込みが入ったときのデータをメ
Linux
モリ上の配列に取り込み、それを
ユーザー空間に転送（転送負荷）。
RTLinux
４つのOSで
2. ユーザー空間に転送されたデータ
比較
を10
msおきに画面表示させる。
MS-DOS
（表示負荷）
Win-DOS
割り込み
信号
3. 無限ループの計算をさせておく
（CPU負荷）。
時間差を測定
割り込み応答反応速度と
4. ばらつきを比較。
割り込み処理を行う間、NFSを用
いて絶えずデータを他のコン
ピュータに転送する（ネット負荷）。
速度が速く、ばらつき
が少ないほどいい
各負荷を与えた計測は
Linux、RTLinuxのみ。
割り込み処理信号
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割り込み応答速度測定結果
-負荷なし10
counts
10
10
4
MS-DOS
3
Win-DOS
2
Linux
10
10
1
RTLinux
0
0
5
10
15
20
time (m sec)
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割り込み応答平均速度測定結果
負荷なし
RTLinux
Linux
2 μs
6 μs
標準偏差
CPU負荷
ネット負荷
6
7
8
9
10
11
12
13
time (μs)
14
15
16
17
18
RTLinux
Linux
負荷なし CPU負荷ネット負荷負荷なし CPU負荷ネット負荷
最大値 18.5
28.0
35.5
21.0
74.5
86.5
最小値 8.00
8.50
8.50
8.00
8.50
8.50
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割り込み応答速度実験
＜負荷をかけない場合＞
割り込み平均応答速度が一番速い
MS-DOS
割り込み応答速度のばらつきがない
RTLinux
＜負荷をかけた場合＞
RTLinuxがばらつきも少なく、安定している
平均速度も速い
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10
実験内容②
割り込み信号の
数え落とし
割り込み信号の数え落としの
発生率
計測
各周波数
10 kHz、30 kHz、50 kHz、70kHz
負荷なし、負荷ありの比較
信頼性
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負荷は割り込み応答速度の
ときのものと同じ
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割り込み信号の数え落とし
測定結果
RTLinux
割り込み
Linux
信号の負荷メモリ表示 CPU ネット負荷メモリ表示
周波数なし転送負荷負荷負荷なし転送負荷
30 kHz 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
50 kHz 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.08 0.13
70 kHz 0.00 0.00 0.13 0.09 0.80 0.07 0.13 0.67
CPU ネット
負荷負荷
0.00 0.00
0.16 1.70
0.28 6.88
単位 (%)
RTLinuxは50 kHzでも数え落としが発生しない
Linuxに比べ割り込みの数え落としの発生率は極めて少ない
RTLinuxの計測における信頼性を実証
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結論
RTLinuxは
割り込み応答速度実験
割り込み応答速度は非常に安定ばらつきがない
割り込みの数え落とし実験
50 kHzまで数え落としはない
信頼性がある
放射線計測システムを作製可能
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おしまい
放射線計測システム概要
本研究の目的
RTLinuxとは
RTLinuxの処理の流れ
計測システム
割り込み応答速度実験
まとめ
割り込み信号の数え落とし実験
割り込み信号の数え落とし
測定結果
結論
実験概要
割り込み応答速度実験
割り込み応答速度実験
測定結果 ‐負荷なし‐
割り込み応答平均速度
測定結果
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