Optimización del rendimiento

• No utilice cachés compartidos para los núcleos del procesador de su controlador.

• Si utiliza buses de campo basados en Ethernet para su dispositivo de destino, utilice un adaptador físico para ellos. No utilice

• Utilice un kernel en tiempo real.

  Importante

  Para un funcionamiento en tiempo real en Linux, utilice el parche Realtime PREEMPT. El uso de un kernel de baja latencia no es suficiente porque no garantiza

  Para obtener más información, consulte lo siguiente:

  • https://realtime-linux.org/getting-started-with-preempt_rt-guide/

  • https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/technical_basics/start

  Muchos de los siguientes ajustes del sistema también se pueden configurar directamente mediante el PLCShell a través del sistema de ejecución o directamente a través del archivo de configuración del sistema de ejecución. Algunos ajustes del sistema no se mantendrán durante el reinicio del sistema. Al introducir los ajustes en el archivo de configuración, los ajustes se restaurarán automáticamente cuando se inicie el sistema de ejecución. Al ejecutar el comando PLCShell correspondiente, también se agregan las entradas correspondientes al archivo de configuración

  Comando PLCShell	Entrada del archivo de configuración	Función
  rt-get scaling_governor/kernelinfo/hyperthreading/throttling/napi <device>		Devuelve información sobre la configuración del sistema ejemplo 3. Ejemplo rt-get scaling_governor Muestra los gobernadores de escalado disponibles y devuelve el regulador de escalado configurado para el núcleo
  rt-set scaling_governor <cpu_index> <value>	[CmpLinuxRTDiag] ScalingGovernor.CPU0=performance	Establece el regulador de escalado en la opción especificada para núcleos específicos o para todos los núcleos ejemplo 4. Ejemplo set scaling_governor all performance
  rt-set hyperthreading <state>	[CmpLinuxRTDiag] Hyperthreading=off	Activa o desactiva el Hyperthreading
  rt-set throttling <state>	[CmpLinuxRTDiag] Throttling=off	Activa o desactiva la aceleración
  rt-set napi <device> <state>	[CmpLinuxRTDiag] Napi=eno1	Activa o desactiva la NAPI con subprocesos para el adaptador de red
  rt-clear-settings		Elimina todo rt-set ajustes del archivo de configuración
  rt-marker-set <taskname> <threshold>	[CmpLinuxRTDiag] TraceMarker.TaskName=MainTask TraceMarker.ThresholdUs=100 [SysTask] Linux.MeasureInterval=1	Permite escribir un marcador de rastreo del núcleo para la tarea especificada cuando la fluctuación supera el límite especificado. Disponible solo si el tiempo de ejecución se ejecuta como usuario raíz
  rt-marker-disable		Deshabilita el marcador de rastreo del kernel
  rt-marker-get		Especifica el nombre de la tarea configurada para el marcador de rastreo del kernel y el límite de fluctuación
  irq-list		Enumera todos los IRQ disponibles, sus prioridades y afinidad en el sistema
  irq-set-prio <no | device> <priority>	[CmpLinuxInterrupt] Interrupt.1.Priority=51 Interrupt.1.Device=eno1	Sets the priority of interrupts specified either by number <no> or device <device> to the desired value
  irq-set-affinity <no | device> <bitmask>	[CmpLinuxInterrupt] Interrupt.1.Affinity=128 Interrupt.1.Device=eno1	Sets the core affinity of the interrupt specified either by number <no> or device <device> to the desired bitmask
  irq-clear-settings		Elimina todo irq sets parámetros del archivo de configuración

  Para las demandas en tiempo real, es necesario utilizar el kernel de preferencia RT (https://wiki.linuxfoundation.org/realtime/documentation/start) para su sistema Linux. En el caso de las distribuciones Debian y Ubuntu, encontrará un núcleo RT en forma de paquete que puede instalar fácilmente usando el apt comando. Para obtener más información sobre esto, consulte el manual de su distribución.

  • En sistemas Debian

    sudo apt-get install linux-image-rt-amd64

  • Usa el uname -a comando, por ejemplo, para comprobar qué núcleo está utilizando.

• Evite usar un administrador de Windows, un servidor GUI/X o similar en su sistema.

  El uso de estas herramientas podría afectar las capacidades en tiempo real de su sistema, lo que resulta en una alta fluctuación en la aplicación IEC).

Uso de "herramientas rt":

• Instalación de "rt-tools": sudo apt install rt-tests

• Iniciando "prueba cíclica": sudo cyclictest -p 99 -t -m

• El man cyclictest El comando le muestra más opciones de línea de comandos que puede usar para medir mejor aspectos de rendimiento más específicos de su sistema.

• Cree una aplicación de prueba que describa de forma aproximada la aplicación para la que desea optimizar el sistema (en términos de los recursos necesarios, el rendimiento requerido y el tamaño del proyecto).

• Puede hacer esto de forma iterativa: primero cree una aproximación muy aproximada y luego amplíela para acercarse cada vez más a la aplicación real.

• Mín. Jitter (μs) / Máx. Jitter (μs)

  • Los valores deben ser lo más cercanos posible a los valores determinados por el programa "cycletest". Los detalles se describen en la sección Configurando Linux.

  • Para obtener más información sobre la fluctuación y la latencia, consulte: Definiciones de fluctuación y latencia

  • Para obtener más información sobre la pestaña Monitoreo, consulte: Pestaña: Monitoreo

• Tiempo de ciclo promedio (μs) / Máx. Tiempo de ciclo (μs) Tiempo de ciclo (μs)

  • El ciclo máximo nunca debe acercarse al tiempo del ciclo configurado. Esto genera problemas tan pronto como el sistema experimenta una carga elevada.

  • Mantenga siempre el tiempo del ciclo lo más corto posible.

• Divida las tareas de larga duración en varias tareas más pequeñas.

• Cuando se ejecuta, el tiempo de ciclo máximo de la tarea de mayor prioridad nunca debe alcanzar el tiempo de ciclo configurado. Si no puede evitar esto, entonces debe aumentar el tiempo de ciclo configurado para asegurarse de que los tiempos de ejecución sean consistentes.

• Al iniciar sistemas de bus de campo (por ejemplo, EtherCAT o PROFINET), los ciclos de inicio pueden provocar una carga de CPU ligeramente mayor. En este caso, tiene sentido controlar la carga de la CPU poco después de iniciar la aplicación.

Las siguientes opciones no se pueden cambiar en CODESYS Virtual Control SL, pero debe configurarse en el host:

• Establecer el valor para DisableCpuDmaLatency a 1:

  [SysCpuHandling]
  Linux.DisableCpuDmaLatency=1

  • Tenga en cuenta que esta es la configuración predeterminada a partir de la versión de ejecución 4.11.0.0.

  • Para verificar su versión de tiempo de ejecución, haga clic en Extras → Actualizar Linux → Sistema → Información del sistema.

• Compruebe que el kernel en tiempo real se esté utilizando realmente.

  • A partir de la versión 4.11.0.0, puede utilizar el comando de shell del PLC rt-get kernelinfo para comprobar esto.

  • Si tienes una versión anterior, puedes probarla directamente en la línea de comandos con el uname -a comando.

  • Si no se está utilizando el kernel en tiempo real, debe iniciar la optimización desde el principio.

• Puedes usar las pruebas del paso anterior Configuración del CODESYS sistema de ejecución para probar su aplicación IEC.

• Puedes usar el multinúcleo característica en CODESYS.

• Determine las prioridades correctas para sus tareas. Las tareas importantes deberían tener mayor prioridad.

  tabla 6. Mapeo de prioridades de tareas IEC y prioridades de subprocesos de Linux:

  Prioridad de tarea IEC	Prioridad de ejecución	Prioridad de Linux
  --	0	88 (SCHED_FIFO)
  --	31	57 (SCHED_FIFO)
  0 (máxima prioridad en tiempo real)	32	56 (SCHED_FIFO)
  15 (prioridad más baja en tiempo real)	47	41 (SCHED_FIFO)
  16 (no es prioridad en tiempo real)	48	0 (SCHED_OTHER)
  31 (no es prioridad en tiempo real)	63	0 (SCHED_OTHER)
  --	64	0 (SCHED_OTHER)
  --	255	(SCHED_INACTIVO)
  Aviso En un sistema Linux convencional, la mayoría de las interrupciones (IRQ) y los trabajadores del kernel tienen la prioridad 50 de Linux. Si se utilizan prioridades superiores (con una carga elevada), es posible que las funciones del sistema (red/almacenamiento) no

  
  
  

• Puede configurar la prioridad de una tarea en la configuración de tarea respectiva.

  

Si no logra el rendimiento deseado después de todos los pasos mencionados aquí, puede consultar las siguientes secciones:

• Información específica del bus de campo

• [Para expertos] – Herramientas y temas adicionales

• Comprobar el Send Time / Recv Time valores en la página de estado de EtherCAT.

  • Una CPU x64 con un procesador Intel Core i7 y un buen adaptador debería tener menos de 10 µs.

  • Los procesadores ARM con chip integrado tendrán ~50 µs o más.

  

• Comprobar el Send Time / Recv Time valores en la página de estado de PROFINET.

  • Una CPU x64 con un procesador Intel Core i7 y un buen adaptador debería tener menos de 10 µs.

  • Los procesadores ARM con chip integrado tendrán ~50 µs o más.

  

• Para ordenar sus prioridades y las IRQ requeridas, puede usar los comandos del shell del PLC irq-list y irq-set-prio.

  • Estos comandos utilizan las prioridades normales de Linux y no las prioridades IEC.

  • Esta optimización no es posible en CODESYS Virtual Control SL, sino más bien en el sistema anfitrión.

• Utilice un adaptador de red independiente para los dispositivos.

• Para más información, ver:

  • EtherCAT

  • PROFINET

  • Ethernet/IP

  • CANbus, CANopen

• KernelShark/rastreo del kernel

  • Si descubre que la causa de sus problemas de rendimiento tiene algo que ver con la programación, este es el programa que debe elegir. Con la ayuda del «kernel trace», puedes comprobar si tu tarea está siendo interrumpida por otra tarea, otro servicio o una interrupción.

    • trace-cmd record -p function

    • Puede utilizar KernelShark para examinar el generado trace.dat archivo.

  • En general, los problemas de programación se pueden dividir en dos categorías:

    • Reemplazo / preferencia

      • Si la interrupción o la tarea que impide la ejecución es innecesaria, desactívela.

      • Aumenta la prioridad de tu tarea o reduce la prioridad de las demás.

      • Cambie a un núcleo de CPU diferente.

      Importante

      Compruebe la eficacia de los cambios mediante los programas descritos en el capítulo anterior.

    • Tiempo de ejecución

      Consulte a continuación Rastreo de funciones del kernel

• Rastreo de funciones del kernel

  • Si el tiempo de procesamiento del código es demasiado alto, puede usar esta herramienta para encontrar el problema.

  • Si la función con un tiempo de ejecución demasiado alto está en su propio código, entonces debe optimizarla.

  • Si la función con un tiempo de ejecución demasiado alto está en el núcleo, puede intentar conseguir la funcionalidad deseada con otra función del núcleo. Como alternativa, también puede pasar los parámetros de configuración al controlador del núcleo para reducir el tiempo de ejecución.

  • Si ninguna de estas opciones resuelve el problema, es probable que necesite usar un hardware más potente.

Utilice los siguientes puntos para comprobar si junto con ellos figura el instrumento adecuado para alcanzar sus objetivos de rendimiento:

• PREEMPT_FULL

• isolcpu

• rcu_nocbs

• rcu_nocb_poll

• nosoftlockup

• deshabilitar equilibrio irq

• kernel.sched_rt_runtime_us