EDFOMAI - · Comunicazione:comunicazione inter-task sincrona a messaggi, code di messaggi, ......

EDFOMAI

Daniele Bellavista, Luca Mella, Luca Ricci

University of Bologna, Scuola di Ingegneria ed ArchitetturaLaurea Magistrale in Ingegneria Informatica

Corso di Sistemi e Tecnologie per l’Automazione LMAnno Accademico: 2012/2013

{daniele.bellavista,luca.mella,luca.ricci14}@studio.unibo.it

7/12/2012

(University of Bologna) 7/12/2012 1 / 74

Outline I

1 ArchitetturaI-PipeRT-NucleusSkinRTDM SkinReal-Time Tasks

2 Esempi su Xenomai

3 EDFOMAIPercorso di lavoroDescrizioneInterfacciaUnder the Hood

DeviceHookEDF ServiceDeadline MissLogs


Outline II

4 Esempi di implementazione su EDFOMAI

5 Mapping SFC in Xenomai

6 References


Architettura di Xenomai


Architettura: I-Pipe I

La pipeline di interrupt e una astrazione software per la gestione degliinterrupt trap implementata da Adeos (Adaptive DomainEnvironment for Operating Systems).

Adeos gestisce una pipeline di domini ai quali e possibile associaredegli interrupt handler, gestendo in questo modo l’ordine di temporaledi ricezione degli interrupt.

Adeos permette di stallare un interrupt in un certo dominioimpedendo l’attraversamento della pipeline.


Architettura: I-Pipe II

Xenomai utilizza una pipeline a 3 domini: Il primo dominio (primarydomain) e per RTOS Core, il terzo (secondary domain) per il kernelLinux.

Grazie a questa separazione, Xenomai riceve gli interrupt prima delkernel in modo da avere una priorita maggiore di esecuzione.

Il secondo dominio, chiamato Interrupt Shield serve per stallare glieventi diretti al kernel, evitando che Task RT subiscano preemptionnon volute.


Architettura: I-Pipe III


Architettura: RTOS Core (RT-Nucleus) I

RT-Nucleus e il nano-kernel di Xenomai che fornisce:

Supporto multithreading: priorita e priority inerithance, possibilita dilimitare il wait su una risorsa, round-robin schedulingper task con la medesima priorita.

Supporto sincronizzazione: fornisce un semplice oggetto xnsynch, chesupporta priortiy inversion, attese time-bounded eforcible deletion.

Gestione del timing e del clock: il Nucleus si interfaccia con il timerhardware e permette la gestione oneshot (hardwareriprogrammato ad ogni tick) o periodic (utile se sidispone di un Programmable Interrupt Timer).

Supporto per l’allocazione della memoria: gestione basilare di unoheap real-time.


Architettura: Native Skin I

Le Skin sono moduli linux che forniscono interfacce di piu alto livelloscritte in vari standard (nativo, POSIX, VxWorks, RTAI, . . . )

Le API definiscono 6 categorie di syscall utilizzabii in kernel space,user space o in entrambi:

Gestione Task: API che permettono la gestione dei task e della loroschedulazione.

Servizi Timing: API per accedere ai servizi di timing di basso livello.Inoltre forniscono gli Alarm, ovvero watchdog per usogenerale.

Servizi Sincronizzazione: semafori, mutex, condition variable e eventflag group.

Comunicazione: comunicazione inter-task sincrona a messaggi, codedi messaggi, memoria heap condivisa e messagge pipeper lo scambio di dati con processi Linux.


Architettura: Native Skin II

Gestione dispositivi I/O: le API forniscono semplici meccanismi pergestire interrupt e I/O. Una gestione piu avanzatarichiete l’utilizzo dell’interfaccia RTDM (Real-TimeDriver Model).

Registri: i registri sono componenti che permettono di indicizzarestrutture dati per poter essere riferite da qualunquespazio di esecuzione.


Architettura: Skin RTDM I

Real-Time Driver Model e un livello di astrazione che permette di unificarele interfacce per lo sviluppo di driver. In Xenomai e implementata comeuna skin.


Architettura: Skin RTDM II

Uniforma la creazione di device definendo dei device profile. Ognunodi essi ha come proprieta:

Caratteristica: device named (open()/close()) o protocol(socket()/close()).

Operazioni: insieme delle operazioni supportate (eg: read(), write(),ioctl(), send msg(),. . . ), specificando il contesto diinvocazione (rt o non rt) e il significato del valore diritorno.

Tipi di dato e costanti: definizione di tutte le strutture e datinecessari per il device (eg: le sock addr per le socket).

Permette di registare device con un unica interfaccia e assegnarli uncontesto: real-time o non real-time.


Xenomai Real Time Task I

I task realtime non sono associati ai processi Linux, ma sono gestitiindipendentemente e possono essere in esecuzione su due differentiexecution mode:

Primary mode (dominio Xenomai)

I task risiedono in user-space e sono schedulati da Xenomai, dunque si hauna protezione della memoria e una latency estremamente bassa, poiche loscheduler di Xenomai non e legato alle attivita del kernel Linux.


Xenomai Real Time Task II

Secondary mode (dominio Linux)

I task hanno accesso a tutte le syscall di Linux ma al prezzo di risentire delnon-determinismo introdotto dallo scheduler del kernel.

Il problema si risolve abilitando l’interrupt shield, bloccando in questomodo la preemption del task fintanto che e in stato di running:l’intero kernel linux eredita la sua priorita.

Questa soluzione soffre di priority inversion: tutti i thread in primaryche aspettano un interrupt rimangono bloccati.

Si risolve creando interrupt con RTDM che sono diretti per il dominioAdeos Xenomai.


Xenomai Real Time Task III


Esempi di implementazione su Xenomai I

Esempio di due task one-shot che utilizzano due semafori.

1 s t a t i c RT TASK t1 , t2 ; RT SEM semGlobal1 , semGloba l2 ;2 i n t g l o b a l = 0 ;3 i n t main ( i n t argc , c h a r ∗ a r g v [ ] ) {4 // I n i t t he p r o c e s s non−r t output b u f f e r5 r t p r i n t a u t o i n i t ( 1 ) ;6 // D i s a b l e l i n u x on−demand p a g i n g scheme7 m l o c k a l l (MCL CURRENT |MCL FUTURE) ;8 r t s e m c r e a t e (& semGlobal1 , ” semaphore1 ” , 1 , S FIFO ) ;9 r t s e m c r e a t e (& semGlobal2 , ” semaphore2 ” , 0 , S FIFO ) ;

10 r t t a s k c r e a t e (&t1 , ” taskOne ” , 0 , 1 0 , 0 ) ;11 r t t a s k c r e a t e (&t2 , ” taskTwo ” , 0 , 1 0 , 0 ) ;12 r t t a s k s t a r t (&t1 ,& taskOne , NULL) ;13 r t t a s k s t a r t (&t2 ,& taskTwo , NULL) ; }


Esempi di implementazione su Xenomai II

Tasck incrementatore:

1 v o i d taskOne ( v o i d ∗ ar g ) {2 i n t i ;3 f o r ( i =0; i<ITER ; i ++){4 r t s e m p (& semGlobal1 , 0 ) ;5 r t p r i n t f ( ” I ’m taskOne and g l o b a l = %d . . . \ n” ,6 ++g l o b a l ) ;7 r t s e m v (& semGloba l2 ) ;8 }9 }


Esempi di implementazione su Xenomai III

Task decrementatore:

1 v o i d taskTwo ( v o i d ∗ ar g ) {2 i n t i ;3 f o r ( i =0; i<ITER ; i ++){4 r t s e m p (& semGlobal2 , 0 ) ;5 r t p r i n t f ( ” I ’m taskTwo and g l o b a l = %d−−−\n” ,6 −−g l o b a l ) ;7 r t s e m v (& semGloba l1 ) ;8 }9 }


Esempi di implementazione su Xenomai IV

Esempio di tre task periodici.

1 RT TASK demo task ; RT SEM s ;2 i n t main ( i n t argc , c h a r ∗ a r g v [ ] ) {3 c h a r s t r [ 1 0 ] ; i n t p e r i o d s [ 3 ] ; i n t i ;4 r t p r i n t a u t o i n i t ( 1 ) ;5 m l o c k a l l (MCL CURRENT |MCL FUTURE) ;6 r t p r i n t f ( ” [ Main ] : s t a r t t a s k \n” ) ;7 f o r ( i =0; i <3; i ++){8 s p r i n t f ( s t r , ”Task−%d” , i ) ;9 p e r i o d s [ i ]= i +1;

10 r t t a s k c r e a t e (&demo task , s t r ,10 ,50+ i , 0 ) ;11 r t t a s k s t a r t (&demo task ,&demo,& p e r i o d s [ i ] ) ;12 }13 r t p r i n t f ( ” end program by CTRL−C\n” ) ; pause ( ) ;14 }


Esempi di implementazione su Xenomai V

1

2 v o i d demo ( v o i d ∗ ar g ) {3 RTIME p = 1 e9 ; RT TASK INFO c u r t a s k i n f o ;4 i n t r e t v a l = r t t a s k i n q u i r e ( r t t a s k s e l f ( ) ,5 &c u r t a s k i n f o ) ; // i n q u i r e c u r r e n t t a s k6 r e t v a l = ∗ ( i n t ∗) a rg ; p ∗= r e t v a l ;7 r t t a s k s e t p e r i o d i c (NULL ,TM NOW, p∗ r e t v a l ) ;8 w h i l e ( 1 ) {9 r t t i m e r s p i n ( p /2) ; // Busy Wait

10 r t p r i n t f ( ”[% s ] %d s p e r i o d i c \n” ,11 c u r t a s k i n f o . name , r e t v a l ) ;12 r t t a s k w a i t p e r i o d (NULL) ;13 }14 }


EDFOMAI

Il Progetto

Lo scopo del progetto e quello di implementare un meccanismo chepermetta lo scheduling EDF su Xenomai.

Successivamente, l’implementazione e da testare sviluppando appositiesempi.

Abbiamo chiamato il progetto EDFOMAI

Sorgenti

https://github.com/dbellavista/edfomai/


https://github.com/dbellavista/edfomai/

EDFOMAI - Percorso di lavoro: Setup ambiente I

Problemi iniziali

Avendo bisogno dei sorgenti del kernel e di xenomai per poterimplementare driver, abbiamo provato ad installare l’ultima versionedi Xenomai su Debian 6.

Adeos non supporta il kernel stabile di Debian 6, quindi abbiamodovuto installare una versione successiva.

Dopo numerevoli tentativi abbiamo abbandonato l’idea: nonriuscivamo a far funzionare il sistema.

L’unica macchina che funzionasse era una virtual machine trovata sulweb con installato Debian 4 e Xenomai 2.4 (ora e stabile la 2.6).

La virtual machine non possedeva gli header e i sorgenti di xenomai edel kernel e non siamo riusciti ad installarli.


EDFOMAI - Percorso di lavoro: Setup ambiente II

Soluzione

Abbiamo scelto di installare una ubuntu-12.04.1, dove la patch adeos,xenomai ed alcuni utili script sono disponibili direttamente dairepository (Xenomai v2.5.6)

In seguito sono stati scaricati e patchati i sorgenti di linux 2.6.35.7.

Infine abbiamo compilato il kernel patchato e pacchettizzato siabinanari che headers in comodi e riutilizzabili .deb


EDFOMAI - Implementazione di EDF su Xenomai I

EDF scheduling e Xenomai

Xenomai non ha il concetto di deadline associato ad un task:implementazione banale di EDF e dunque impossibile.

La strada seguita in[Santos et.all,2009] e stata quella di modificaredirettamente Nucleus per implementare direttamente API e strutturedati necessarie.

Visto il tempo e gli strumenti a disposizione e l’impossibilita dicompilare il nucleus abbiamo ritenuto necessario utilizzare unapproccio piu versatile:

EDFOMAI e un layer logico costruito sopra la skin nativa.I task RT utilizzano EDFOMAI per inizializzazione, configurazione edattesa.


EDFOMAI - Implementazione di EDF su Xenomai II

Figura: Modello del sistema con EDFOMAI(University of Bologna) 7/12/2012 25 / 74

EDFOMAI - Interfaccia I


EDFOMAI - Strutture dati I

Deadline

Il concetto di DeadLine e stato aggiunto creando una struttura dati chemantiene il riferimento ad un RT TASK con al suo interno campi utili peril ricalcolo della priorita. Inoltre e stato predisposto spazio sufficiente perospitare una struttura RT TASK INFO, che contiene utili informazionicome la priorita corrente.Insieme al concetto di DeadLine e previsto un meccanismo di MissDeadLine: l’utente specifica un handler che e richiamato in caso dimancata terminazione del task entro la deadline prefissata.


EDFOMAI - Strutture dati II

1 t y p e d e f s t r u c t r t d e a d l i n e t a s k {2 u n s i g n e d l o n g d e a d l i n e ;3 u n s i g n e d l o n g remain ;4 u n s i g n e d l o n g r e l a t i v e d e a d l i n e ;5 RT TASK ∗ t a s k ;6 RT TASK INFO t a s k i n f o ; } RT DEADLINE TASK ;

Tempi ed unita di misura

Da notare che a seconda che il timer di sistema sia programmato inoneshot o periodic mode, la deadline e espressa in nanosecondi o jiffies.. . . Quindi attenzione a come compilate Xenomai!


EDFOMAI - API Utente I

Avvio di un task specificando la deadline.

1 i n t e d f t a s k s t a r t (2 RT TASK ∗ task ,3 u n s i g n e d l o n g d e a d l i n e ,4 v o i d (∗ p r o c e d u r e ) ( v o i d ∗ ar g ) , v o i d ∗ ar g ) ;


EDFOMAI - API Utente II


EDFOMAI - API Utente III

Attesa fino al prossimo periodo

1 e d f t a s k w a i t p e r i o d ( u n s i g n e d l o n g ∗ o v e r r u n s )


EDFOMAI - API Utente IV


EDFOMAI - Under the Hood I

Kernel space. . .

Per fornire il supporto EDF ed agire sullo scheduling senza modificareNucleus, e stato necessario implementare un modulo/driver, capace dilavorare al livello del kernel Xenomai.


EDFOMAI - Under the Hood II

Il modulo kernel deve reagire agli eventi di schedulazione, quindi vieneregistrato un hook allo scheduler (rt task add hook).

Le strutture rt deadline task sono memorizzate all’interno di unaHASHMAP per consentire un tempo di accesso O(1).

Un task di servizio (EDF Service) viene creato per servire le richiestedi ricalcolo priorita.

Il calcolo della priorita ha complessita O(N).

La priorita viene ricalcolata ad ogni

creazione di taskswitch di contestoset/reset di deadlinecancellazione di task

La comunicazione con driver gestita attraverso delle write sul device:il modulo legge un EDFMessage ed aggiorna le strutture dati.


EDFOMAI - Under the Hood III

Le corse critiche per strutture dati fra il modulo ed il task sono gestiteda un rtdm mutex.

Gli RT TASK vengono recuperati grazie al registro(xnregistry bind,xnregistry fetch), attraverso API utilizzabili solo alivello Kernel

E’previsto il supporto alle notifiche di deadline-miss attraversoRT QUEUE accessibili anche in user-space.


EDFOMAI - Under the Hood: Problematiche I

La procedura registrata sull’hook deve accedere a strutture daticondivise per aggiornarne lo stato, ma non puo usare dei lock, poichee eseguito nel contesto di un interrupt (non preemptable).

Dunque e necessario usare un task di servizio (EDF Service), cheattenda appositi rtdm event e che si preoccupi dell’accesso allestrutture.

La presenza del task/servizio e inoltre motivata dalla noncompatibilita nella alterazione delle politiche di scheduling all’internodi un hook dello scheduler stesso (rt task set priority puo causarerescheduling).

Quindi, quando l’hook e richiamato l’event e segnalato e EDF Servicericalcola le priorita in base alle deadline.


EDFOMAI - Under the Hood: Driver I

Il device virtuale e un named device non realtime gestito a stream,descritto dal seguente profilo:

1 s t a t i c s t r u c t r t d m d e v i c e d e v i c e = {2 . s t r u c t v e r s i o n = RTDM DEVICE STRUCT VER ,3 . d e v i c e f l a g s = RTDM NAMED DEVICE,4 . c o n t e x t s i z e = s i z e o f ( c o n t e x t t ) ,5 . d e v i c e n a m e = DEVICE NAME ,6 . o p e n n r t = e d f r t d m o p e n n r t ,7 . ops = {8 . c l o s e n r t = e d f r t d m c l o s e n r t ,9 . r e a d n r t = e d f r t d m r e a d n r t ,

10 . w r i t e n r t = e d f r t d m w r i t e n r t ,11 } ,12 . d e v i c e c l a s s = RTDM CLASS EXPERIMENTAL ,13 . d e v i c e s u b c l a s s = SOME SUB CLASS ,14 . p r o f i l e v e r s i o n = 1 ,


EDFOMAI - Under the Hood: Driver II

15 . d r i v e r n a m e = ”EDFOMAI” ,16 . d r i v e r v e r s i o n = RTDM DRIVER VER ( 0 , 0 , 1) ,17 . p e r i p h e r a l n a m e = ”EDFOMAI−SCHED−SVC” ,18 . p r o v i d e r n a m e = ” Luca M e l l a ” ,19 . proc name = d e v i c e . dev ice name ,20 } ;


EDFOMAI - Under the Hood: Driver III

Una scrittura sul device di un EDFMessage comporta l’acquisizionedel lock sulla struttura dati dei task e l’esecuzione di una funzione sudi essi:

1 s t a t i c s s i z e t e d f r t d m w r i t e n r t (2 s t r u c t r t d m d e v c o n t e x t ∗ c o n t e x t ,3 r t d m u s e r i n f o t ∗ u s e r i n f o ,4 c o n s t v o i d ∗buf , s i z e t nbyte ) {5 . . .6 s w i t c h ( message−>command ) {7 c a s e CREATE TASK :8 m t x a c q u i r e ( ) ;9 r t d t a s k c r e a t e ( task , message−>d e a d l i n e ) ;

10 m t x r e l e a s e ( ) ;11 b r e a k ;12 . . . } . . . }


EDFOMAI - Under the Hood: Hook I

L’Hook e creato all’avvio del device driver ed attaccato agli eventi discheduling.

Quando lo scheduler effettua un cambio di contesto o un nuovo taske inserito, l’hook e richiamato.

Al suo interno, l’hook segnala l’evento, svegliando il task EDF Service.

1 v o i d e d f s t a r t s w i t c h h o o k ( v o i d ∗ c o o k i e ) {2 RT TASK ∗ t a s k ;3 t a s k=T DESC( c o o k i e ) ;4 r t d m e v e n t s i g n a l (& e d f e v e n t ) ;5 }


EDFOMAI - Under the Hood: EDF Service I

Alla creazione, EDF Service si mette in attesa dell’event creato dalmodulo.

L’event e segnalato dall’hook al verificarsi di eventi di scheduling.

Al risveglio, EDF Service esegue il calcolo dinamico della priorita.

NOTA: e importante che EDF Service abbia priorita maggiore dei taskdi cui ricalcola la priorita.

1 v o i d e d f s e r v i c e ( v o i d ∗ ar g ) {2 i n t r e t ;3 f o r ( ; ; ) { r t d m e v e n t w a i t (& e d f e v e n t ) ;4 r e t= m t x a c q u i r e ( ) ;5 i f ( r e t ) c o n t i n u e ;6 r t d t a s k r e c a l c u l a t e p r i o ( ) ;7 r e t= m t x r e l e a s e ( ) ;8 r t d m e v e n t c l e a r (& e d f e v e n t ) ;}}


EDFOMAI - Under the Hood: Deadline Miss Managment I

Supporto Attuale

Ogni volta che viene ricalcolata la priorita, viene controllato lo statodella deadline.

Se un task non ha rispettato la sua deadline il modulo Edfomai(deadline missed) invia tempestivamente la notifica nella RT QUEUE“EDF-DMISSED-Q”

Lato utente occorre prima “bindare” la coda di messaggi(rt queue bind) ed in seguito attendere la ricezione delle notifiche dideadline miss (rt queue read).

La priorita del task con deadline-miss rimane alta.


EDFOMAI - Under the Hood: Deadline Miss Managment II

Under Development. . .

Creazione di un watchdog per ogni task (RT ALARM) che se nonresettato notifica immediatamente la deadline-miss.

Il watchdog viene resettato prima che il task esegua una wait period,e riattivato al risveglio.

Questo approccio puo diminuire i tempi di reazione ad unadeadline-miss, nel caso precedente potrebbero esserci latenze nonpredicibili.

API di supporto per deadline-miss monitoring.


EDFOMAI - Under the Hood: Logs I

1 Edfomai : [ @d t c r e a t e ] c r e a t i n g d ta sk (T1) wi th d e a d l i n e 2000002 . . .3 Edfomai : [ @d t c r e a t e ] c r e a t i n g d ta sk (T2) wi th d e a d l i n e 3500004 . . .5 Edfomai : [ @d t c r e a t e ] c r e a t i n g d ta sk (T3) wi th d e a d l i n e 2500006 Edfomai : [ @ r e c a l c p r i o ] r e c a l c u l a t i n g p r i o r i t i e s o f 3 t a s k s7 Edfomai : [ @ r e c a l c p r i o ] t a s k (T1) oldP (50) newP(50) remain (103435) maxRem(300060) minRem

=(103435)8 Edfomai : [ @ r e c a l c p r i o ] t a s k (T2) oldP (0) newP (0) remain (300060) maxRem(300060) minRem

=(103435)9 Edfomai : [ @ r e c a l c p r i o ] t a s k (T3) oldP (25) newP(16) remain (241003) maxRem(300060) minRem

=(103435)10 . . .

Listing 1: Edfomai logs (dmesg), aggiustamento priorita


EDFOMAI - Under the Hood: Logs II

1 . . .2 Edfomai : [ @ r e s e t d e a d l i n e ] r e s e t t i n g d e a d l i n e o f t a s k T13 Edfomai : [ @ r e c a l c p r i o ] r e c a l c u l a t i n g p r i o r i t i e s o f 3 t a s k s4 Edfomai : [ @ r e c a l c p r i o ] t a s k (T1) oldP (50) newP (0) remain (1998352) maxRem(1998352) minRem



=(390050)7 Edfomai : [ @wr i t e ] s e r v i n g r e q u e s t f o r t a s k (T3)8 Edfomai : [ @wr i t e ] t a s k r e s e t d e a d l i n e (T3)9 Edfomai : [ @ r e s e t d e a d l i n e ] r e s e t t i n g d e a d l i n e o f t a s k T3

10 Edfomai : [ @ r e c a l c p r i o ] r e c a l c u l a t i n g p r i o r i t i e s o f 3 t a s k s11 Edfomai : [ @ r e c a l c p r i o ] t a s k (T1) oldP (0 ) newP(32) remain (1470917) maxRem(2498349) minRem


=(846082)13 Edfomai : [ @ r e c a l c p r i o ] t a s k (T3) oldP (50) newP (0) remain (2498349) maxRem(2498349) minRem

=(846082)14 . . .

Listing 2: Edfomai logs (dmesg), deadline reset


Esempi di implementazione su EDFOMAI I

Semplice esempio di implementazione di un task periodico su edfomai.

1 RT TASK demo task ;2 i n t main ( i n t argn , c h a r ∗∗ a r g v ) {3 c h a r s t r [ 1 0 ] ;4 u n s i g n e d l o n g p e r i o d s [ 3 ] [ 3 ] ;5 i n t i ; r t p r i n t a u t o i n i t ( 1 ) ;6 m l o c k a l l (MCL CURRENT |MCL FUTURE) ;7 e d f i n i t ( ) ;8 // [ p e r i o d , t imeUsed , d e a d l i n e ]9 p e r i o d s [ 0 ] [ 0 ] = 8 ; p e r i o d s [ 0 ] [ 1 ] = 2 ; p e r i o d s [ 0 ] [ 2 ] = 8 ;

10 p e r i o d s [ 1 ] [ 0 ] = 1 6 ; p e r i o d s [ 1 ] [ 1 ] = 3 ; p e r i o d s [ 1 ] [ 2 ] = 1 6 ;11 p e r i o d s [ 2 ] [ 0 ] = 1 2 ; p e r i o d s [ 2 ] [ 1 ] = 5 ; p e r i o d s [ 2 ] [ 2 ] = 1 2 ;12 r t p r i n t f ( ” [ Main ] : s t a r t t a s k \n” ) ;13 f o r ( i =0; i <3; i ++){14 s p r i n t f ( s t r , ”Task−%d” , i ) ;15 p e r i o d s [ i ]= i +1;16 r t t a s k c r e a t e (&demo task , s t r , 1 0 , 5 0 , 0 ) ;


Esempi di implementazione su EDFOMAI II

17 e d f t a s k s t a r t (&demo task , p e r i o d s [ 2 ] ,18 &demo , p e r i o d s [ i ] ) ;19 }20 r t p r i n t f ( ” end program by CTRL−C\n” ) ;21 pause ( ) ;22 }


Esempi di implementazione su EDFOMAI III

1 v o i d demo ( v o i d ∗ ar g ) {2 RT TASK INFO c u r t a s k i n f o ;3 u n s i g n e d l o n g ∗ params ; i n t i ;4 i n t r e t v a l=r t t a s k i n q u i r e ( r t t a s k s e l f ( ) ,& c u r t a s k i n f o ) ;5 i f ( r e t v a l <0){6 r t p r i n t f ( ” i n q u i r i n g e r r o r %d:% s \n” ,7 −r e t v a l , s t r e r r o r (− r e t v a l ) ) ;}8 params = ( i n t ∗) a rg ; RTIME p = 1 e8 ; // 0 . 1 s9 r t t a s k s e t p e r i o d i c (NULL ,TM NOW, params [ 0 ] ∗ p ) ;

10 w h i l e ( 1 ) {11 r t p r i n t f ( ”[% s ] %d s p e r i o d i c \n” ,12 c u r t a s k i n f o . name , r e t v a l ) ;13 r t t i m e r s p i n ( param [ 1 ] ∗ p ) ;14 r t t a s k w a i t p e r i o d (NULL) ;15 }}


Esempi di implementazione su EDFOMAI IV

Esempio di implementazione di un Mars Rover, composto da 4 taskperiodici sensor, processing, actuator e communicator con diversa priorita,periodo e deadline.La funzione main() inizializza e fa partire il sistema.

1 RTIME t ;2 RT TASK task , spawner ;3 RT SEM sens ingDone , p r o c e s s i n g D o n e , exLock ;4 s h o r t s t o p p e d = 0 ;5 i n t s h a r e d R e s o r u c e , s h a r e d = 0 ;6 u n s i g n e d l o n g param [ 4 ] [ 3 ] ;7

8 i n t main ( i n t argn , c h a r ∗∗ a r g v ) {9 i n i t e d f o m a i ( ) ;

10 r t p r i n t f ( ” i n i t i a l i z e d .\ n” ) ;11 r t p r i n t f ( ” s t a r t i n g up . . . \ n” ) ;12 s t a r t u p ( ) ;13 r t p r i n t f ( ” w a i t i n g C t r l+C\n” ) ;


Esempi di implementazione su EDFOMAI V

14 w a i t f o r c t r l c ( ) ;15 r t p r i n t f ( ” c l o s i n g . . . \ n” ) ;16 c l e a n u p ( ) ;17 r e t u r n 0 ;18 }


Esempi di implementazione su EDFOMAI VI

Questa funzione inizializza il sistema Xenomai ed EDFOMAI.

1 v o i d i n i t e d f o m a i ( ) {2 r t p r i n t a u t o i n i t ( 1 ) ;3 // Avo ids memory swapping f o r t h i s program4 m l o c k a l l (MCL CURRENT |MCL FUTURE) ;5 // I n i t i a l i z e e d f6 i f ( e d f i n i t ( ) ) e x i t ( 1 ) ;7 }


Esempi di implementazione su EDFOMAI VII

Questa funzione inizializza e fa partire i task.

1 v o i d s t a r t u p ( ) {2 // [ p e r i o d , busy , d e a d l i n e3 params [ 0 ] [ 0 ] = 1 1 ; params [ 0 ] [ 1 ] = 2 ; params [ 0 ] [ 2 ] = 3 ;4 params [ 1 ] [ 0 ] = 1 1 ; params [ 1 ] [ 1 ] = 3 ; params [ 1 ] [ 2 ] = 7 ;5 params [ 2 ] [ 0 ] = 1 1 ; params [ 2 ] [ 1 ] = 2 ; params [ 2 ] [ 2 ] = 1 0 ;6 params [ 3 ] [ 0 ] = 6 6 ; params [ 3 ] [ 1 ] = 6 ; params [ 3 ] [ 2 ] = 6 5 ;7 t = t i m e U n i t ;8 r t s e m c r e a t e (& sens ingDone ,9 ” sensorSem ” , 0 , S PRIO ) ;

10 r t s e m c r e a t e (& p r o c e s s i n g D o n e ,11 ” pr oces so rS em ” , 0 , S PRIO ) ;12 r t s e m c r e a t e (&exLock , ” s h a r e d R e s o u r c e ” , 1 , S PRIO ) ;13 r t t a s k c r e a t e (& task , ” s e n s o r ” , 0 , 90 , 0) ;14 e d f t a s k s t a r t (& task , params [ 0 ] [ 2 ] ∗ t , &sense ,15 params [ 0 ] ) ;16 r t t a s k c r e a t e (& task , ” p r o c e s s o r ” , 0 , 89 , 0) ;


Esempi di implementazione su EDFOMAI VIII

17 e d f t a s k s t a r t (& task , params [ 1 ] [ 2 ] ∗ t , &p r o c e s s ,18 params [ 1 ] ) ;19 r t t a s k c r e a t e (& task , ” a c t u a t o r ” , 0 , 88 , 0) ;20 e d f t a s k s t a r t (& task , params [ 2 ] [ 2 ] ∗ t , &act ,21 params [ 2 ] ) ;22 r t t a s k c r e a t e (& task , ” c o m u n i c a t o r ” , 0 , 87 , 0) ;23 e d f t a s k s t a r t (& task , params [ 3 ] [ 2 ] ∗ t , &comunicate ,

params [ 3 ] ) ;24 }


Esempi di implementazione su EDFOMAI IX

Funzione del task actuator.

1 v o i d a c t ( v o i d ∗ ar g ) {2 i n t i , r e s ;3 u n s i g n e d l o n g ∗ param = ( u n s i g n e d l o n g ∗) a r g s ;4 RT TASK INFO c u r t a s k i n f o ;5 r t t a s k i n q u i r e ( r t t a s k s e l f ( ) , &c u r t a s k i n f o ) ;6 r t t a s k s e t p e r i o d i c (NULL ,TM NOW, param [ 0 ] ∗ t ) ;7 r t p r i n t f ( ”[% s ] s t a r t e d \n” , c u r t a s k i n f o . name ) ;8 w h i l e ( ! s t o p p e d ) {9 r t s e m p (& p r o c e s s i n g D o n e ) ;

10 r t s e m p (& exLock ) ;11 r e s=s h a r e d R e s o u r c e ;12 r t s e m v (& exLock ) ;13 f o r ( i =0 ; i < param [ 1 ] ; i ++){14 r t t i m e r s p i n ( t ) ;15 r t p r i n t ( ”[% s ] e x e c u t i n g \n” , c u r t a s k i n f o . name )

;


Esempi di implementazione su EDFOMAI X

16 }17 s h a r e d=r e s ;18 r t t a s k w a i t p e r i o d (NULL) ;19 }20 }


Esempi di implementazione su EDFOMAI XI

Funzione del task processing.

1 v o i d p r o c e s s ( v o i d ∗ ar g ) {2 i n t i , r e s ;3 u n s i g n e d l o n g ∗ param = ( u n s i g n e d l o n g ∗) a r g s ;4 RT TASK INFO c u r t a s k i n f o ;5 r t t a s k i n q u i r e ( r t t a s k s e l f ( ) ,& c u r t a s k i n f o ) ;6 r t t a s k s e t p e r i o d i c (NULL ,TM NOW, param [ 0 ] ∗ t ) ;7 r t p r i n t f ( ”[% s ] s t a r t e d \n” , c u r t a s k i n f o . name ) ;8 w h i l e ( ! s t o p p e d ) {9 r t s e m p (& se ns in gD one ) ;

10 f o r ( i =0 ; i < param [ 1 ] ; i ++){11 r t t i m e r s p i n ( t ) ;12 r t p r i n t ( ”[% s ] e x e c u t i n g \n” , c u r t a s k i n f o . name )

;13 }14 r t s e m p (& exLock ) ;15 s h a r e d R e s o u r c e +=1;


Esempi di implementazione su EDFOMAI XII

16 r t s e m v (& exLock ) ;17 r t s e m v (& p r o c e s s i n g D o n e ) ;18 r t t a s k w a i t p e r i o d (NULL) ;19 }20 }


Esempi di implementazione su EDFOMAI XIII

Funzione del task sensing.

1 v o i d s e n s e ( v o i d ∗ ar g ) {2 i n t i , r e s ;3 u n s i g n e d l o n g ∗ param = ( u n s i g n e d l o n g ∗) a r g s ;4 RT TASK INFO c u r t a s k i n f o ;5 r t t a s k i n q u i r e ( r t t a s k s e l f ( ) ,& c u r t a s k i n f o ) ;6 r t t a s k s e t p e r i o d i c (NULL ,TM NOW, param [ 0 ] ∗ t ) ;7 r t p r i n t f ( ”[% s ] s t a r t e d \n” , c u r t a s k i n f o . name ) ;8 w h i l e ( ! s t o p p e d ) {9 f o r ( i =0 ; i < param [ 1 ] ; i ++){

10 r t t i m e r s p i n ( t ) ;11 r t p r i n t ( ”[% s ] e x e c u t i n g \n” , c u r t a s k i n f o . name )

;12 }13 r t s e m p (& exLock ) ;14 s h a r e d R e s o u r c e=s h a r e d ;15 r t s e m v (& exLock ) ;


Esempi di implementazione su EDFOMAI XIV

16 r t s e m v (& s ens in gD on e ) ;17 r t t a s k w a i t p e r i o d (NULL) ;18 }19 }


Esempi di implementazione su EDFOMAI XV

Funzione del task communicator.

1 v o i d comunicate ( v o i d ∗ ar g ) {2 i n t r e s ;3 u n s i g n e d l o n g ∗ param = ( u n s i g n e d l o n g ∗) a r g s ;4 r t t a s k s e t p e r i o d i c (NULL ,TM NOW, param [ 0 ] ∗ t ) ;5 w h i l e ( ! s t o p p e d ) {6 r t s e m p (& exLock ) ;7 r e s = s h a r e d R e s o u r c e ;8 r t s e m v (& exLock ) ;9 r t p r i n t f ( ” [ c o m u n i c a t o r ] s e n d i n g : %d” , r e s ) ;

10 r t t i m e r s p i n ( param [ 1 ] ∗ t ) ;11 r t p r i n t f ( ” [ c o m u n i c a t o r ] s e n t : %d” , r e s ) ;12 r t t a s k w a i t p e r i o d (NULL) ;13 }14 }


Esempi di implementazione su EDFOMAI XVI

DMESG log

1 [ 23636 . 091589 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] t a s k ( p r o c e s s o r ) oldP (50) newP(42) remain (69995311)maxRem(390904685) minRem=(0)

2 [ 23636 . 091609 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] t a s k ( a c t u a t o r ) oldP (49) newP(43) remain (61369634)maxRem(390904685) minRem=(0)

3 [ 23636 . 091618 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] t a s k ( comun icato r ) oldP (50) newP(44) remain(390904685) maxRem(390904685) minRem=(0)

4 [ 23636 . 141612 ] Edfomai : [ @wr i t e ] s e r v i n g r e q u e s t f o r t a s k ( s e n s o r )5 [ 23636 . 141621 ] Edfomai : [ @wr i t e ] t a s k r e s e t d e a d l i n e ( s e n s o r )6 [ 23636 . 141626 ] Edfomai : [ @ d t r e s e t d l i n e ] r e s e t t i n g d e a d l i n e o f t a s k ( s e n s o r )7 [ 23636 . 141633 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] r e c a l c u l a t i n g p r i o r i t i e s o f 4 t a s k s8 [ 23636 . 141641 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] #t a s k s (4 ) #missed (0 )9 [ 23636 . 141645 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] t a s k ( s e n s o r ) oldP (50) newP(48) remain (29993227)

maxRem(340714671) minRem=(11179620)10 [ 23636 . 141692 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] t a s k ( p r o c e s s o r ) oldP (42) newP(49) remain (19805297)

maxRem(340714671) minRem=(11179620)11 [ 23636 . 141697 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] t a s k ( a c t u a t o r ) oldP (43) newP(50) remain (11179620)

maxRem(340714671) minRem=(11179620)12 [ 23636 . 141702 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] t a s k ( comun icato r ) oldP (44) newP(40) remain

(340714671) maxRem(340714671) minRem=(11179620)13 [ 23636 . 161884 ] Edfomai : [ @wr i t e ] s e r v i n g r e q u e s t f o r t a s k ( s e n s o r )14 [ 23636 . 161887 ] Edfomai : [ @wr i t e ] s t opp i ng watchdog o f t a s k ( s e n s o r )15 [ 23636 . 161889 ] Edfomai : [ @dt stopwdg ] s t opp i ng watchdog o f t a s k ( s e n s o r )16 [ 23636 . 161901 ] Edfomai : [ @wr i t e ] s e r v i n g r e q u e s t f o r t a s k ( a c t u a t o r )17 [ 23636 . 161904 ] Edfomai : [ @wr i t e ] s t opp i ng watchdog o f t a s k ( a c t u a t o r )18 [ 23636 . 161906 ] Edfomai : [ @dt stopwdg ] s t opp i ng watchdog o f t a s k ( a c t u a t o r )19 [ 23636 . 161925 ] Edfomai : [ @wr i t e ] s e r v i n g r e q u e s t f o r t a s k ( a c t u a t o r )20 [ 23636 . 161927 ] Edfomai : [ @wr i t e ] t a s k r e s e t d e a d l i n e ( a c t u a t o r )21 [ 23636 . 161929 ] Edfomai : [ @ d t r e s e t d l i n e ] r e s e t t i n g d e a d l i n e o f t a s k ( a c t u a t o r )


Esempi di implementazione su EDFOMAI XVII

22 [ 23636 . 161931 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] r e c a l c u l a t i n g p r i o r i t i e s o f 4 t a s k s23 [ 23636 . 161933 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] #t a s k s (4 ) #missed (1 )24 [ 23636 . 161935 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] t a s k ( s e n s o r ) oldP (50) newP(49) remain (9814105)

maxRem(320535549) minRem=(0)25 [ 23636 . 161959 ] Edfomai : [ @d t r c a l c p ] t a s k ( p r o c e s s o r ) has mis sed h i s d e a d l i n e


Proposta di mapping SFC in Xenomai I

Proposal

Parte finale del progetto, non implementato.

Il framework deve offire metodi e strutture dati per implementare undiagramma SFC su Xenomai.

Idee principali:

Il framework offre un ciclo di scansione: lettura degli input,aggiornamento dello stato, scrittura degli output.

Ogni azione e un task a cui e associato un Qualificatore.

La struttura che unisce due stati e detta Struttura di Collegamento.


Proposta di mapping SFC in Xenomai II

Ciclo di campionamento

Dopo aver inizializzato i data structure il framework inizia il main loop:

1 Lettura dei sensori e memorizzazione in memoria condivisa

2 Attivazione degli step sulla base del modello SFC

3 Attesa del tempo di scansione

4 Attivazione degli attuatori


Proposta di mapping SFC in Xenomai III


Proposta di mapping SFC in Xenomai IV

Modello di uno step

Uno step e composto da una struttura di collegamento, che lo collega allostep sucessivo, e un set di azioni, che sono composte a loro volta da unqualificatore e dalla procedura che esegue.


Proposta di mapping SFC in Xenomai V

Strutture di collegamento

Sono strutture che collegano gli step predecessori con i successori.

Condizione: abilita lo step successore solo se il predecessore e attivo e lacondizione e soddisfatta

SceltaAlternativa: abilita uno step successore solo se il predecessore eattivo e la condizione relativa al successore e soddisfatta

Parallelismo: abilita gli step successori se il predecessore e attivo e lacondizione e soddisfatta

Convergenza: abilita lo step successore solo se uno dei predecessori eattivo e la relativa condizione e soddisfatta

Sincronizzazione: abilita lo step successore solo se tutti i predecessori sonoattivi e la condizione e soddisfatta


Proposta di mapping SFC in Xenomai VI


Proposta di mapping SFC in Xenomai VII


Proposta di mapping SFC in Xenomai VIII


Proposta di mapping SFC in Xenomai IX

Azioni

Le azioni sono mappate in task xenomai e sono abilitate all’attivazionedello step che le contiene.In base al qualificatore il framework prevede una differente mappaturadella procedura eseguita dall’azione.


Proposta di mapping SFC in Xenomai X

Qualificatori di azioni

Non Stored: task periodico che termina con la disattivazione dello step.

Pulsed: task one-shot eseguito all’abilitarsi di uno step.

Set: task periodico.

Reset: termina il task periodico a cui e riferito.

Time Limited: al task e affiancato un altro che aspetta per il tempodesignato prima di terminarlo.

Time Delayed: task che inizia con una wait real-time, interrotto se lo statosi disattiva.

Stored Delayed: task Set che inizia con una wait real-time.

Delayed Stored: task Set che inizia con una wait real-time, interrotto se lostato si disattiva.

Stored Time-Limited: task Set a cui e affiancato un altro che aspetta peril tempo designato prima di terminarlo.


References I

Adaptive Domain Enviroment for Operaring SystemsKarim Yaghmour

Xenomai APIsXenomai.org, http://www.xenomai.org/documentation/xenomai-2.5/html/api/index.html

Native API TourXenomai.org, http://www.xenomai.org/documentation/branches/v2.4.x/pdf/Native-API-Tour-rev-C.pdf

Life with AdeosXenomai.org, http://www.xenomai.org/documentation/xenomai-2.3/pdf/Life-with-Adeos-rev-B.pdf


http://www.xenomai.org/documentation/xenomai-2.5/html/api/index.html

http://www.xenomai.org/documentation/xenomai-2.5/html/api/index.html

http://www.xenomai.org/documentation/branches/v2.4.x/pdf/Native-API-Tour-rev-C.pdf

http://www.xenomai.org/documentation/branches/v2.4.x/pdf/Native-API-Tour-rev-C.pdf

http://www.xenomai.org/documentation/xenomai-2.3/pdf/Life-with-Adeos-rev-B.pdf

http://www.xenomai.org/documentation/xenomai-2.3/pdf/Life-with-Adeos-rev-B.pdf

References II

Xenomai - Implementing a RTOS emulation framework onGNU/LinuxPhilippe Gerum, 2004

The Real-Time Driver Model and First ApplicationsJ. Kiszka, University of Hannover

Hard Real Time Linux using Xenomai on Intel R© Multi-CoreProcessorsAmarpreet Singh Ugal, Intel Corporation, 2009

Implementacao da polıtica EDF no XenomaiJose Augusto Santos , George Lima, Universidade Federal da Bahia(UFBA), 2009

Xenamai Lab CourseRobot LAB, http://www.cs.ru.nl/lab/xenomai


http://www.cs.ru.nl/lab/xenomai

Domande

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EDFOMAI - · Comunicazione:comunicazione inter-task sincrona a messaggi, code di messaggi, ......

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